Быстродействующий автоматический выключатель

 

Изобретение относится к низковольтным электрическим аппаратам, в частности к быстродействующим автоматическим выключателям, предназначенным для защиты полупроводниковых преобразователей . Цель изобретения - улучшение защитных характеристик выключателя путем снижения полного интеграла отключения и расширение области применения. Подвижный контактодержатель выполнен в виде двух токопроводов, один из которых расположен в воздушном зазоре магнитопровода 1, а другой - в окне магнитопровода. Токопровод, расположенный в окне магнитопровода , в средней части выполнен с разрывом и через гибкие шины подключен к цепи из симметричного тиристорного ключа, образованного тиристо рами 10 и 11, и дополнительной обмотки 7. При возникновении короткого замыкания в цепи сигналы полярных датчиков тока 19 и 20 через реле времени 22 и 21 поступают на симметричный тиристорный ключ. Подключение дополнительной обмотки 7 после трогания подвижных контактов позволяет ускорить размыкание контактов и благодаря этому уменьшить полный интеграл отключения выключателя, а также расширить область применения выключателя. 4 ил. с & (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

С,ОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 Н 01 Н 77 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4197107/24-07 (22) 29. 12. 86 (46) 23. 10. 88. Бюл. У 39 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и тех- нологический институт низковольтного аппаратостроения (72) Г.В.Могилевский, А.В.Лифар и M.M.×åïóðêo (53) 62,.316.57(088.8) (56) Патент СИА У 3824508, кл. Н 01 Н 77/02, 1974. (54) БЫСТРОДЕЙСТВУКМЦИЙ АВТОИАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к низковольтным электрическим аппаратам, в частности к быстродействующим автоматическим выключателям, предназначенным для защиты полупроводниковых преобразователей. Цель изобретения— улучшение защитных характеристик выключателя путем снижения полного ин„„SU „„1432632 А 1 теграла отключения и расширение области применения. Подвижный контактодержатель выполнен в виде двух токопроводов, один из которых расположен в воздушном зазоре магнитопровода 1, а другой — в окне магнитопровода. Токопровод, расположенный в окне магнитопровода, в средней части выполнен с разрывом и через гибкие шины подключен к цепи из симметричного тиристорного ключа, образованного тиристо" рами 10 и 11, и дополнительной обмотки 7. При возникновении короткого замыкания в цепи сигналы полярных датчиков тока 19 и 20 через реле времени

22 и 21 поступают на симметричный тиристорный ключ. Подключение дополнительной обмотки 7 после трогания подвижных контактов позволяет ускорить размыкание контактов и благодаря этому уменьшить полный интеграл отключения выключателя, а также расширить область применения выключателя. 4 ил.

1432632

И .IO6PP TP HHE OT HOCHTO H K HH3 KOBOJII> T ным электрическим аппаратам, в частности к быстродействующим автоматическим «ыключателям, предназначенным для защити полупроводниковых преобразователей.

Цель изобретения — улучшение защитных характеристик выключателя путем снижения полного интеграла отклю- 10 чения и расширение области применения.

На фиг. 1 показан выключатель, вид сбоку; на фиг. 2 — то же, вид сверху, разрез; на фиг. 3 -- электрическая схема выключателя; на фиг. 4 — временные диаграммы.

Выключатель содержит шихтованный магнитопровод 1 с воздушным зазрром и окном, основную обмотку 2, первый

3 и ВТороА 4 ToKonpoaogbi IIOABHmoro контактодержателя, подвижный и неподвижный контакты 5, гибкие соединения

6, дополнительную обмотку 7, неподвиж. ные контактодержатели 8 и 9, тиристоры 10 и 11, заключенные в корпуса, дугогасительные камеры 12, выводы 13 и 14, привод 15 с контактной пружиной, шток 16 привода 15, расцепитель

17 максимального тока, шток 18, связываюший расцепитель 17 с приводом 15, полярные датчики 19 и 20 тока, реле

21 и 22 времени.

Подвижный контактодержатель, состоящий из токопроводов 3 и 4, укреплен на подвижном штоке 16 привода 15 и может перемещаться поступательно вправо (по фиг. 1). Первый токопровод 3 расположен в воздушном зазоре магнитопровода 1. На нем и на неподвижных контактодержателях 8 и 9 установлены контакты 5 °

На подвижном и неподвижных контактодержателях установлены дугогасительные рога, которые вместе с контактами 5 расположены внутри дугога.— сительных камер 12. Для магнитного га-45 шения дуги на камерах 12 могут быть установлены дополнительные ферромагнитные пластины, связанные с магнитопроводом 1.

В приводе 15 установлены контакт- 50 ная пружина, защелки, электромагниты отключения и включения. Во включенном положении выключателя (фиг, 1) контакты прижаты под действием контактной пружины, а электромагниты обес- 55 точены. Возможен также вариант исполнения привода с контактной и размыкающей контакты пружинами, электромагнитом включения и механизмом своGo@Horn расцепления„ с приводом 15 через шток 18 связан расцепитель максимального тока, установленный на неподвижном контактодержателе 9. Неподвижный контактодержатель 8 связан с выводным зажимом 14. Неподвижный контактодержатель 9 связан через шину, на которой расположен расцепитель 17 максимального тока, с основной обмоткой 2, расположенной на части магнитопровода 1.

Вывод основной обмотки 2 через участок шины, на.котором расположен датчик 20 тока, связан с выводом 13, к выводам второго токопровода 4 присоединена через гибкие соединения 6 цепь, состоящая из дополнительной обмотки 7, расположенной также на части магнитопровлда 1, и встречно параллельно включенных тиристоров 10 и

i1, образующих симметричный тиристорный ключ. Датчики 19 и 20 тока являются полярными, т.е. образуют на выходе сигнал при превышении током значения уставки I, только при направлении тока, указанном стрелками на фиг. 3. Реле 21 и 22 времени, выполненные на стандартных логических эле ментах, при поступлении сигналов на их вход выдают импульсы через промежуток времени Л С, которые поступают на цепи управления тиристоров 10 и 11.

Выключатель работает следующим образом.

Во включенном положении выключателя (фиг ° 1 и 2) при номинальном режиме ток IH проходит по цепи: вывод

14, неподвижный контактодержатель 8, контакты 5, первый токопровод 3, контакты 5 (на фиг. 1 закрыты дугогасительной камерой), неподвижный контактодержатель 9, датчик 19, основная обмотка 2, датчик 20 тока, вывод 13, В магнитопроводе 1 под действием тока в витках основной обмотки 2 проходит магнитный поток Ф, который в воздушном зазоре взаимодействия с током I<, создает электромагнитную силу F (А 1128 1

F =- - — — (v + -), 2 где 1 — длина первого токопровода 3 в воздушном зазоре;

d — величина воздушного зазора;

11 — число витков основной обмотки, 143

Величина нажатия контактной пружины выбирается из условия

1 ДрД =2V„+1 н ° где FI — необходимое по условиям нагрева нажатие в контактах.

Поскольку ток I> меньше тока уставки Т „„, который выбирается больше тока максимальной перегрузки, то датчики 19 и 20 тока ие выдают сигналов, тиристоры 10 и 11 заперты и через дополнительную обмотку 7 ток не проходит °

При возникновении в цепи нагрузки короткого замыкания происходит рост тока i в цепи основной обмотки 2, магнитного потока Ф и электромагнитный силы F, действующей на первый токопровод 3 (фиг. 4). При достижении силой значения Р„ происходит размыкание контактов 5 и их движение вправо (по фиг. 1). Значения тока трогания при котором Е=Е „Р, выбираются меньше I уст датчиков 20 и 21 тока.

На участке времени О t(t магнитный т поток ч увеличивается пройорционально току, и не ограничивается дополнительной обмоткой 7, поскольку ЭДС, наводимая в ней, не создает ток так как тиристоры 10 и 11 заперты.

При достижении i значения I датчик 20 тока выдает сигнал на реле 22 времени, которое через промежуток времени dt при t=t, выдает им- . пульс на включение тиристора 10. Под действием ЭДС в дополнительной обмотке 7 через контур: тиристор 10, первый токопровод 3, второй токопровод

4, гибкие соединения 6, дополнительная обмотка 7 при t)t„ проходит ток значение которого может быть приближенно определено соотношением г г 1Р

Тогда в первом токопроводе 3 результирующий ток i будет равен:

Й (1+ — ). т 1 w г

Выбором соотношения чисел витков и w может быть достигнуто любое на 1 чальное превышение - по сравнению с i„. Вследствие индуктивного рассеяния обмотки w увеличение i происходит (фиг.4) с конечной скоростью, а не скачком. После прекращения импульса тока от реле 22 времени тиристор

10 остается открытым.

Скорость роста магнитного потока ф при t)t ìeíüUIe, поскольку ток в обмотке w снижает общие ампер-вит2632

4 ки, равные ..;„i< i„, Величина скорости изменения потока ф определяется уравнением аф

5 " г, - = К . ° + К т - т г,1 где К. — активное сопротивление обмотки w гибких соединений и второго токопровода;

10 К вЂ” активное сопротивление перт вого токопровода.

Отсюда видно, что в предельном случае при К - 0 и К,-О поток Ф после t=t, ос.— тается неизменным и равным Ф . t

Электромагнитная сила F, пропорциональная произведению ф и i, после t=t, увеличивается с большей скоростью, чем при tet за счет увели1т

Если бы включение тиристоров произошло при t=O, то, так как начальный магнитный поток Ф равен нулю, при t 0 несмотря на рост i u скорость роста F была бы мала, по25 скольку при малых R и R рост Ф незначителен (кривая F„, фиг.4) . Увеличение R и R т для повьппения скорости роста невыгодно, так как при этом увеличиваются потери энергии, умень30 ша ется TDK i,; и ускоряется нас ыще ние магнитопровода 1.

Движение подвижного контактодержателя и увеличение зазора между контактами начинается при t=t . При начинается насыщение магнитопровода, 35. что приводит к уменьшению тока in, ïîскольку

Пст где U ст — падение магнитного потенциала в магнитной системе.

40;. . При = ток становится равным нулю, поскольку U, =i у „, и тиристор 10 запирается. Если бы не было тиристора, то ток 1,, как в известном уст45 ройстве, изменил бы свое направление (показано пунктирной стрелкой, фиг.3) под действием падения напряжения на сопротивления К, что привело бы к уменьшению тока в первом токопроводе, так как =д„-д, и, следовательно, 50 к уменьшению силы F и увеличению времени размыкания контактов.

При сила F пропорциональна произведению магнитного потока насыщения и тока, т.е. продолжается рост F.

Возникшая на контактах электрическая дуга под действием магнитных по лей от контактодержателей и от обмот1432632 6 вод с контактной пружиной и расцепи- ки ы, переходит от контактов на дуго гасительные рога и гаснет н дугогасительной камере 12 при

»»кл !!р»» превышении током значения ус5 танки расцепителя 17 последний через шток 18 включает электромагнит отключения (или освобождает размыкающую контакты пружину), что обеспечивает фиксацию контактов в отключенном сос- 10 тоянии и исключает возможность их принаривания при.токах короткого за мыкания, близких по величине к I <»., Величина тока уставки расцепителя уст.р. выбирается несколько большей,,, чем i „,. Л»»алогич»»ь»й процесс происхо дит прй другом напранлении тока, но при этом срабатывают датчик 19, реле

21 и тиристор 11.

Выключатель можно также эффектин- 20 но использовать для коммутации переменного тока.

В предлагаемом выключателе по срав.нению с известным уменьшена масса по,,движных частей, увеличен ток в цепи первого и второго подвижных контакто держателей», увеличена скорость роста магнитного потока до включения сим-. метричного ключа, исключен реверс то ка в дополнительной обмотке после на- 30 сьпцения магнитопровода, исключено протекание тока в дополнительной об мотке в номинальном режиме, что позволяет ускорить размыкание контактов и благодаря этому уменьшить полный

35 интеграл отключения, а также расширить область применения выключателя °

Формула изобретения

Быстродействующий автоматический выключатель, содержащий магнитопровод с воздушным зазором и окном, основную обмотку, два вывода, два неподвижных контактодержателя с контакта-45 ми, подвижный контактодержатель с контактами и дугогасительные камеры, притель максимального тока, причем ос нонная обмотка расположена на магнитолроводе, указанньп» подвижный контактодержатель выполнен в виде двух параллельных токопроводон, один из которых расположен в воздушном зазоре магнитопровода, другой — в окне магнитопронода, первый вынод ныключателя, первый неподвижный контактодержатель с контактом, подвижньп» контактодержатель с контактами, второй неподвижный контактодержатель с контактами, выводы основной обмотки и второй. вывод выключателя соединены последовательно, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения защитных характеристик выключателя путем снижения полного интеграла отключения и расширения области применения, в него введены дополнительная обмотка, симметричный тиристор»»ьп» ключ, два полярных датчика тока и дна реле времени, причем дополнительная обмотка также рас»толожена на магнитопроноде, указанньп» токопровод в окне магнитопровода выполнен с разрывом н средней части и снабжен гибкими выводами, один иэ гибких выводов токопровода, выводы дополнительной обмотки, симметричный тиристорньп» ключ и другой гибкий вывод то- . копровода образуют последовательную цепь, дополнительная обмотка по отно-. шению к основной обмотке включена нстречно, выход каждого из полярных датчиков тока подключен через одно из укаэанных реле времени к соответст.вующему управляющему входу симметричного тиристорного ключа, так чтобы полярность выходных сигналов,полярных датчиков тока соответствовала включению симметричного ключа в направлении, совпадающем с полярностью напряжения, наводимого в дополнительной обмотке °

1ч32632

Фиг.2

1432632

Составитель С.Колядин

Редактор В.Петраш Техред А.Кравчук Корректор В.Бутяга

Заказ 5452/47 Тираж 746 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-пслиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Прсi. тп;1ч, 4