Автоматический выключатель

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к автоматическим выключателям,обеспечивающим защиту от токовых перегрузок и короткого замыкания, и является усовершенствованием устройства по авт. св. W 516121. Целью изобретения Я вляется повышение надежности в работе. Блародаря снабжению хвостовика 35 якоря 31 электромагнитного расцепителя 8 и-образной скобой 36 и 37, внутри которой расположен один из концов рычага 17, и противоположной части якоря выступом 39, расположенным между § (Л С to ел О5 М гз

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 516121 (21) 3878987/24-07 (22) 21.02.86 (46) 07.09.86. Бюл. ¹ 33 (71) Ставропольское отделение Всесо юзного научно-исследовательского проектно-конструкторского и технологического института низковольтного аппаратостроения "ВНИИэлектроаппарат" и Харьковский политехнический институт им. В.И.Ленина (72) В.Г.Кобеляцкий, В.В.Зиновьев, В.И.Фомин и В.A.Ïàõîìoâ (53) 621.316.925.44(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 516121, кл. Н 01 Н 73/66, 1973.

„„SU„„1256105 А 2 (б1) 4 Н 01 Н 73/66 (54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к автоматическим выключателям, обеспечивающим защиту от токовых перегрузок и короткого замыкания, и является усовершенствованием устройства по авт. св. № 516121. Целью изобретения является повышение надежности в работе. Благодаря снабжению хвостовика 35 якоря

31 электромагнитного расцепителя 8

U-образной скобой 36 и 37, внутри . которой расположен один из концов рычага 17, и противоположной части якоря выступом 39, расположенным между

125610.

l5

25

30 сердечником 29 и якорем и направленным в сторону сердечника, обеспечивается рациональное распределение магнитного потока в электромагнитном расцепителе 8 и деформации термобиметаллического элемента 11, теплового

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматическим выключателям, обеспечивающим защиту потребителей электрической энергии от токовых перегрузок и короткого замыкания, и является усовершенствованием изобретения по авт. св.

Ф 516121.

Цель изобретения — повышение надежности в работе и расширение области применения.

На фиг. 1 показан предлагаемый автоматический выключатель, разрез; на фиг. 2 — якорь электромагнитного расцепителя с хвостовиком, снабженным

LI-образной скобой, и выступом, направленным в воздушном зазоре к сердечнику, вид справа; на фиг. 3 — кинематическая схема исходного положения расцепителей, фиксирующего и расцепляющего рычагов автоматического выключателя при номинальном токе или токе несрабатывания; на фиг. 4 — ки-нематическая схема расположения термобиметаллического элемента тепловоro расцепителя и якоря электромагни-,— ного расцепителя к моменту выхода ðàñцепляющего рычага с опорной плоскости фиксирующего рычага при нагрузке автоматического выключателя током срабатывания 1,2-1,35 l ; на фиг. 5 н кинематическая схема расположения якоря электромагнитного расцепителя, фиксирующего, расцепляющего рычагов и термоэлемента теплового расцепителя в момент замыкания якоря с сердечником при токе короткого замыкания.

Автоматический выключатель размещен в корпусе 1, закрытом крышкой

2, и состоит из механизма 3 расцепления контактов, контактной системы

4 дугогасительного устройства 5, Э выводных зажимов 6, рукоятки 7 управления, электромагнитного расцепира . и: пп1 гJIB ° ) < ярftfl )!нт к умень— шению времени срас o Iынания автоматического выключат и, как при токах перегрузки, так и при токах короткого замыкания по сравнению с известным. 5 ил. теля 8, теплового расцепителя 9 максимального тока, имеющего токоведущую стойку 10, к которой прикреплена термобиметаллическая пластина 11 с нагревательным элементом 12 и устройством 13 для фиксации расцепляющего рычага, подвижно установленным в поднятых 14 боковины 15, состоящего из сборного кронштейна 16, фиксирующего рычага 17, жестко соединенного с рамочной рейкой 18 и шарнирно укрепленного на вращающейся оси 19 и подпружиненного пружиной 20 в кронштейне 16 так, что опорная плоскость

21 фиксирующего рычага 17 совмещена с осью вращения кронштейна !6, что позволяет сохранять величину зацепления расцепляющего рычага 22 при регулировании величины зазора Н.

Кронштейн 16 имеет рычаг 23 для регулирования величины тока несрабатывания и опорные поверхности 24 для подвижной установки его в подпятниках 14 боковин 15. Удерживание устройства 13 в подпятниках 14 и поджатие его к эксцентриковому диску

25, связанному с регулировочным барабаном 26, обеспечивается пружиной

27. Электромагнитный клапанного типа расцепитель 8 тока короткого замыкания включает магнитопровод с токовой катушкой 28, состоящий из сердечника 29, неподвижно закрепленного на скобе 30, и якоря 31, выполненного в виде двуплечего рычага, который удерживается на торце 32 скобы 30 пружиной 33 и винтом 34, создающими усилие, противодействующее срабатыванию, в наклонном положении относительно сердечника 29, образуя с ним рабочий воздушный за-ор 8,,причем пружина 33 размещена вдоль хвостовика 35, снабженного

U-образной скобой со сторонами 36

1256105 и 37, а винт 34 размещен вдоль противоположного плеча — клапана 38, снабженного выступом 39.

Автоматический выключатель работает следующим образом. 5

При прохождении тока нагрузки, равного по величине номинальному току 3„ или току несрабатывания теплового расцепителя (например, 1,05 I ), в защищаемой цепи, а следо-10

Э вательно, и через витки катушки 28 сердечника 29 в электромагнитном расцепителе.8 создаются силы магнитного притяжения, стремящиеся сомкнуть клапан 38 якоря 31 с сердечки- 15 ком 29, однако электромагнитный расцепитель не срабатывает,так как его ток уставки выше тока несрабатывания теплового расцепителя.Нагревательный элемент 12 при обтекании этим током 20 разогревает термобиметаллическую пластину 11 теплового расцепителя 9, которая, деформируясь, изгибается в сторону рамочной рейки 18, выбирает рабочий зазор Н, но не перемещает 25 рамочной рейки, так как к этому времени достигает установившегося теплового режима.

При технологической перегрузке, когда ток может измениться до величины, превышающий ток несрабатывания, например до 1,2 Т„, термобиме.таллическая пластина 11 продолжает дополнительно нагреваясь,.развивать перемещение, поворачивая рамочную Ç5 рейку 18 на оси 19 против часовой стрелки. Рамочная рейка 18, воздействуя фиксирующим рычагом 17 на сторону 37 0 -образной скобы хвостовика

35, сжимает пружину 33 регу..„.ровки 4О уставки тока срабатывания электромагнитного расцепителя 8. Технологическая перегрузка длится, как правило, менее времени срабатывания, установленного автоматическому выключателю калибровкой теплового расцепителя. После снижения тока технологической нагрузки до величины несраба тывания термобимета.;лическая пластина 11 остывая, возвращается в поло- 50 жение, в котором она находилась до возникновения технологической нагрузки. Пружина 33 регулировки уставки тока срабатывания электромагнитного расцепителя 8, разжимаясь стороной

37 0 -образной скобы - 35 разворачивает фиксирующий рычаг 17 по часовой стрелке и возвращает рамочную рейку 18 в исходное состояние.

При токах нагрузки, близких по величине току уставки теплового расцепителя (например, Т„„, = l,21,35 I„), термобиметаллическая пластина 11, разогреваемая разогревательным элементом 12, обтекаемым током срабатывания, близким по величине току уставки теплового расцепителя, поворачивая рамочную рейку 18 на оси

19 против часовой стрелки, через фиксирующий рычаг 17 и сторону 37 0 -образной скобы хвостовика 35 сжимает пружину 33 и приближает клапан 38 якоря 31 к сердечнику 29 электромагнитного расцепителя 8, уменьшая его рабочий воздушный зазор 8 . При уменьшении рабочего воздушного зазора

8, резко возрастает сила магнитного притяжения клапана 32 к магнитопроводу 28. Возрастанию силы магнитного притяжения способствует неравномерное распределение магнитного потока в воздушном зазоре 8, между клапаном

38 и сердечником 29 за счет образованного в клапане выступа 39. Сило/ вые линии магнитного поля имеют большую концентрацию на выступе 39. В результате магнитное усилие притяжения клапана 38 к сердечнику 29 достигает большей величины, чем у известного выключателя для данного тока нагрузки. Кроме того, образуется способствующая развороту рамочной рейки 18 на оси 19 пара сил: против часовой стрелки рамочную рейку разворачивает усилие деформации термобиметаллической пластины 11, а ее фиксирующий рычаг 17 разворачивает усилие магнитного притяжения клапана

38 к сердечнику 29. !

Под действием названной пары сил рамочная рейка l8 продолжая разворачиваться, выводит из зацепления фиксирующий рычаг 17 и освобождает расцепляющий рычаг 22 механизма расцепления контактов 37.

Использование термо- и электромагнитного усилий как пары.сил компенсирует отрицательное влияние переменной составляющей противодействующего усилия (усилия зацепления) на скорость перемещения рамочной рейки 18.

Кроме того, по мере приближения клапана 38 к сердечнику 29 возрастающая сила магнитного притяжения достигает значения, близкого по величине к про12561

5 тиводей твующему усилию сжимаемой пружины 33, полностью компенсируя

его к моменту вывода иэ зацепления рычага 17. Все это обеспечивает четкое срабатывание автоматического выключателя при заданном токе и времени перегрузки с подтверждением времятоковой характеристики, установленной ему калибровкой. Диапазон токов несрабатывания, устанавливаемый регу- 1О лировочным барабаном 26 в предлагаемом автоматическом выключателе,сохранен такой же, как у известного выключателя. Разброс характеристик срабатывания уменьшается и составляет по времени (для величины времени срабатывания, установленной калибровкой

8 мин) 4-8Х. У известного выключателя разброс для данного времени срабатывания до 357.

При пусковых токах и токах нагрузки, меньших значения уставки тока срабатывания электромагнитного рас п " с 12 1„, разворот рам6чной рейки

18, как рычага, парой сил: усилием деформации нагревающейся термобиме таллической пластины 11 и усилием магнитного притяжения клапана 38 к сердечнику 29 приводит к уменьшению воздушного зазора о, и, следовательно, к уменьшению уставки тока срабатывания электромагнитного расцепителя 8.

При определенном зазоре b с& между клапаном 38 и сердечником 29 снижающаяся уставка тока срабатывания электромагнитного расцепителя

8 достигает значения величины тока нагрузки и клапан 38 якоря 31 момент-.

40 но притягивается к сердечнику.

Перемещение выступа 39 клапана

38 при уменьшении воздушного зазора происходит по дуге окружности, а а при приближении клапана к сердеч45 нику выступ 39, не мешая их соприкосновению,уходит за плоскость сердечника 29. Удар стороны 36 0 -образной скобы хвостовика 35 по фиксирующему рычагу 17 выводит его из зацепления и освобождает расцепля50 ющий рычаг 22 механизма расцепления контактов. Иоментное освобождение расцепляющего рычага 22 значительно уменьшает разброс характеристик срабатывания автоматического выключате55 ля. Время его срабатывания, например при 7 I„ oò действия расцепителей того же номинального тока, что

05 - а у известного выключателя снижается в 1,5-2,2 раза. Это открывает возможность применения предлагаемого выключателя для пуска и защиты асин- хронных двигателей с малыми номинальными токами 0,3 А — 10 А.

При токах, равных или незначительно превышающих уставку тока срабатывания электромагнитного расцепителя (например, 12 Хн с Тнаге- а 15 1 ), при достижении током нагрузки уставки тока срабатывания электромагнитного расцепителя клапан 38 моментно притягивается к сердечнику 29 и ударом стороны 36 -образной скобы хвостовика 35 по фиксирующему рычагу

17 выводит из зацепления расцепляющий рычаг 22, обеспечивая механизмом расцепления 3 разведения контактов 4.

Быстродействие электромагнитного расцепителя увеличивается (по сравнению с известным устройством) с увеличением силы притяжения клапана, обусловленным неравномерным распределением потока в воздушном зазоре магнитной цепи. Время отключения этого тока автоматическим выключателем составляет 18-25 мс (у известного

40 мс).

При токах нагрузки, значительно превышающих уставку тЬка срабатывания электромагнитного расцепителя (например, 18 1„ с I,, с- I„ ), скорость нарастания больших токов короткого замыкания промышленной частоты весьма значительна. Иагнитная цепь электромагнитного расцепителя максимального тока 8 с токовой катушкой 28 и воздушным зазором не может оказать практически ощутимого задерживающего влияния на изменение скорости роста тока короткого замыкания. Поэтому можно считать,что темп нарастания магнитного потока в магнитопроводе и воздуш- . ном зазоре электромагнитного расцепителя пропорционален скорости роста тока короткого замыкания в защищаемой автоматическим выключателем цепи.

При большой скорости нарастания магнитного потока в магнитной цепи, включающей стальной регулирсвочный винт 34, в клапане 38, имеющем просечку A, как в короткозамкнутом витке, возбуждается ток. Сила взаимодействия тока короткозамкнутого витка с магнитным потоком его вызыва7 1256 ющим совпадением по направлению с силой магнитного притяжения клапана

38 с сердечнику 29.

Клапан 38 с большой скоростью притягивается к сердечнику 29 и очень резким ударом стороны 36 U -образной скобы хвостовика 35 лишает зацепления фиксирующего рычага 17 с расцепляющим рычагом 22. Время от возникновения тока короткого замыкания до 10 сброса зацепления рычагов 17 и 22 у предлагаемого выключателя зависит не только от величины тока, но и от скорости его нарастания и составляет

0,8-1,2 мс (у известного зависит 15 только от величины тока и составляет не менее 5 мс).

Значительное уменьшение времени от возникновения тока предельной ком- 20 мутации до сброса зацепления позволяет предлагаемому автоматическому выключателю отключить ток за 6-7 мс (10-16 мс у известного) и повысить надежность защиты оборудования. 25

Предлагаемый автоматический выключатель позволяет рационально использовать распределение потока в магнитной цепи расцепителя с воздушным зазором и деформацию термобиме- 30

105 таллического элемента теплового расцепителя для срабатывания, что повышает надежность работы за счет обеспечения стабильности и соответствия требованиям потребителя время-токовых характеристик срабатывания автоматического выключателя, увеличения быстродействия нри токах короткого замыкания, уменьшения времени повторного включения и обеспечения возможности применения автоматического выключателя для пуска и защиты асинхронных двигателей на малые номинальные токи (до 10 А).

Формула и з о б р е т е н и я

Автоматический выключатель по авт. св. 11- 516121, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежности в работе, хвостовик якоря электромагнитного расцепителя снабжен U -образной скобой, а противоположная часть якоря — выступом, расположенным в воздушном зазоре между сердечником и якорем и направленным в сторону сердечника, причем

U-образная скоба размещена так, чтб один из концов фиксирующего рычага расположен внутри нее.

1256105 ба. Х

Составитель В.Коносов

Редактор А.Сабо Техред A.Kðàâ÷óê Корректор В.Бутяга

4831/52 Тираж 643 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4