Расцепитель максимального тока
Изобретение относится, в частности, к автоматическим выключателям. Цель изобретения - упрощение конструкции совмещения электромагнитного механизма выключения и теплового, а также повышение срабатывания последнего. Расцепитель максимального тока автоматического выключателя содержит механизмы электромагнитного и теплового выключения защищаемой цепи, термочувствительный элемент расцепителя выполнен из материала с обратимой термомеханической памятью формы, Новым в расцепителе является использование в качестве нагревателя термочувствительного элемента участка уменьшенного сечения одновитковой катушки электромагнитного расцепителя, а сам термочувствительный элемент выполнен в виде круглого в поперечном сечений стержня; которому придана память кручения вокруг его продольной оси, причем его нижний конец снабжен лыской и прикреплен к нагревателю, а верхний выполнен Г-образной формы и взаимодействует с рейкой механизма свободного расцепления. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 (21) 4744516/07 (22) 29,09,89 (46) 07,01.93, Бюл. N- 1 (71) Дивногорский завод низковольтной аппаратуры им.60-летия Союза CCP (72) В,П.Лохов, K),Ï.Ñàëàìàòoâ, В,E.Àôàнасьев, Е.К.Перфильев, Н.В.Кэргаев, А.В.Будисенко и M,Ï.Áîòëåâ (56) Авторское свидетельство СССР
N 847396, кл. Н 01 Н 73/48, 1979.
Авторское свидетельство СССР
N 1012367, кл, Н 01 Н 73/18, 1983.
Выключатель автоматический А 3710.
Техническое описание и Инструкция по эксплуатациии. (54) РАСЦЕПИТЕЛ Ь МАКСИМАЛЪ НОГО Т0КА (57) Изобретение относится, в частности, к автоматическим выключателям. Цель изобретения — упрощение конструкции совмещения электромагнитного механизма
Изобретение относится к электротехнике, а именно к низковольтному аппаратостроению, в частности к автоматическим выключателям, Известен расцепитель максимального тока автоматического выключателя, содержащий термочувствительный элемент косвенного нагрева из материала, обладающего обратимой памятью формы.
Недостатком данного устройства является сложность закрег ления нагревателя и низкая надежность из-за снижения термостойкости термочувствительного элемента.
Указанных недостатков лишен расцепитель максимального тока автоматического. Ы, 1786530 А1 выключения и теплового, а также повышение срабатывания последнего. Расцепитель максимального тока автоматического выключателя содержит механизмы электромагнитного и теплового выключения защищаемой цепи, термочувствительный элемент расцепителя выполнен из материала с обратимой термомеханической памятью формы, Новым в расцепителе является использование в качестве нагревателя термочувствитзльного элемента участка уменьшенного сечения одновитковой катушки электромагнитного расцепителя, а сам термочувствительный элемент выполнен в виде круглого в поперечном сечении стержня, которому придана память крученйя вокруг его продольной оси, причем его нижний конец снабжен лыской и прикреплен к нагревателю, а верхний вы- полнен Г-образной формы и взаимодействует с рейкой механизма свободного расцепления, 2 з.ri.ô-лы, 4 ил, выключателя, содержащий термочувствительный элемент косвенного нагрева иэ материала, обладающ го обратимой памятью формы, в котором этот элемент nðè нагреве разгибается в сторону механизма свободного расцепления. Кроме того, такой элемент выполнен с переменной чувствительностью по длине, а нагреватель размещен вблизи участка термочувствительного элемента, имеющего максимальную чувствительность.
Недостатком указанного устройства является то, что оно требует специального нагревателя для механизма теплового выключения защищаемой цепи, а также не1786530 надежность его срабатывания, Последнее 0,25 от максимального значения усилия, геобъясняется тем, что при больших кратно- . нерируемого термочувствительным элеменстях тока перегрузки термочувствительный том при нагреве, причем усталостные элемент не успевает прогреться по всей свойства материала пружины должны быть длине, вследствие чего с механизмом сво- 5 согласованы с изменением деформационбодного расцепления взаимодействует не- но-силовых характеристик термочувствипрогретая его часть, которая обладает тельного элемента. знэчительйо болей низкими механическими Выполнение нагревателя термочувствихарактерйстикамй;чем прогретаядотемпе- тельного элемента (ТЭ} в виде участка ратуры обратного мартенситного перехода 10 уменьшенного сечения катушки электро(температура срабатыванйя). : . магнитного расцепителя необходимо для
Известен также раСцбпитель макси- того,-чтобы использовать эту катушку для мального тока автоматического выключате- нагрева ТЭ, т.к. в этом случае отпадает неля, содержащий механизм обходимость в установке специального наэлектромагнитного и теплового выключе- 15 гревателя ТЭ. ния защищаемой цейи, термочувствитель- : Выполнение ТЭ в виде круглого в попе- н ый элемент косвенного нагрева, речном сечении стержня, которому придана выполненный из материала с обратимой па-" память кручения вокруг его оси, нижний комятью формы, взятый заявителем за прото- нец которого выполнен с лыской и прикрептип.,::.:,: 20 лен к натревателю, а верхний имеет
Однако указанное устройство требует Г-образную форму и взаимодействует с рейспециального нагревателя, что усложняет кой механизма свободного расцепителя, неконструкцию и ненадежно в срабатывании обходимо для повышения надежности из-за йзгибных деформаций термочувстви- срабатывания, т,к. такой ХЭ обладаетзначительного элемента.,; .:., 25 тельно более высокими удельными дефорЦель изобретения — устранение указан-: мационно-силовыми характеристиками ных недостатков...: - из-за приданной ему памяти кручения по
Указанная цель достигается тем, что в сравнению с памятью, выраженной в изгиизвестном устройстве в качестве нагревате- бе. Это объясняется тем, что в процессе ля термочувствительного элемента исполь- 30 придания формы материал должен дефорзуется участок уменьшенного сечения мироваться таким образом, чтобы весь.его катушкй электромагнитного расцепителя, а объем претерпевал однонаправленные и сам термочувствительный элемент выпол- равные по величине деформации. Этим нен в виде круглого в поперечном сечении: обеспечивается включение всего объема мастержня, которому придана память круче- 35 териала в работу и генерируются максиния вокруг его продольной оси, причем его мальные усилия. Подобные условия работы нижний конец BbffloflHBK с лыской и при- материаладостигаютсялишь вдвухслучаях креплен к нагревателю, а верхний имеет деформации — oceeoro растяжения и кручеГ-образную форму и взаимодействует с рей- ния, а изгибные деформации являются разкой механизма свободного расцепления. 40 нонаправленными, т,к. при этом внешние
С целью экономии материала с обрати- .слои материала подвергаются растяжению, мой памятью формы и увеличения срока внутренние —. сжатию, а средние почти не службы термочувствительного элемента пу- деформируются. «ем предупреждения появления ВыполнениеТЭсуменьшеннойдлиной в нем пластИческих дефо рмаций, 45 и с насадкой в верхней его части, рабочая термочувствительный" элемент с умейьшен- сторона которого имеет такую криволинейной длиной участка, предназначенного для ную поверхность, которая обеспечивает опвзаимодействйя с рейкой механизма сво- тимальное соотношение величины бодного расцепленйя. причем укаэанйый деформационно-силовых характеристик участок снабжен насадкой, рабочая сторона 50 термочувствительного элемента и величины которой имеет криволинейную поверх- - перемещения рейки механизма свободного н о с т ь, о б е с и е ч и в а ю щ у ю о и т Й- расцепления необходимо для: мальное соотношение величины -экономии материала с обратимой па- . деформационно-силовых характеристик и мятью формы, т,к. в данном случае он не термочувствительного элемента и величины 55 расходуется на выполнение Г-образного заперемещения рейки механизма свободного гиба в верхней его части; расцепления, — повышение надежности срабатываТермочувствительный элемент также ния ТЭ, т.к. с рейкой взаимодействует не может быть снабжеН возвратной пружиной, Г-образная часть ТЭ, а насадка, что позвоимеющей усилие возврата порядка 0,15- ляет избежать накопления пластическихде1786530 формаций. Это обьясняется тем, что прогрев ТЭ до температуры обратного мартенситного перехода и соответственно включение в работу участков"рабочей части
ТЭ по вертикали происходит постепенно, Здесь необходимо отметить, что ТЭ состоит из трех частей: нижней части, выполненной с лыской, которая крепится к нагревателю и в работе не участвует; рабочей части. которая расположена выше нижней части до самого горизонтального плеча Г-образной верхней части ТЭ, которая и генерирует усилия; рычага, т.е. горизонтального плеча Г-образной . верхней части, которая не генерирует уси5
10 ханизма свободного расцепления.
Рычаг начинает взаимодействовать с рейкой задолго до того, как рабочая часть
ТЭ прогреется полностью и ее температура
20. достигнет точки мартенситного перехода.
Поскольку в момент начала взаимодействия рычага с рейкой, генерируемое рабочей частью ТЭ намного меньше расчетного, то этого усилия может оказаться недостаточно
25 для поворота рейки механизма свободного расцепления. Это приведет к пластической деформации непрогретого участка рабочей части Т3. Эти деформации, накапливаясь от цикла к циклу, ведут к частичной или полной
30 потере памяти формы, что снижает надежность срабатывания. Чтобы этого избежать, необходимо обеспечить такой режим взаи модействия ТЭ с рейкой, при котором требуемое перемещение рейки совпадало бы с
35 моментом генерации макСимальных усилий рабочей частью ТЭ. Для этого ТЭ может быть снабжен насадкой, криволинейная поверхность рабочей стороны которого имеет такой профиль, который позволяет согласовать момвнты перемещения рейки механизма свободного расцепления с моментом генерации максимального усилия рабочей частью термочувствительного элемента.
Выполнение ТЭ с возвратной пружиной необходимо для того, чтобы избежать необ- 45 ходимостй термотренинга ТЭ, который позволяет обработать обратимую память формы. Термотренинг обратимой, т.е. двойной памяти формы, заключается в том, что
ТЭ нагреваютдо температуры мартенситно50 го перехода без нагрузки и охлаждают под йагрузкой. В этом случае, после 10-15 таких термоциклов у ТЭ появляется обратимая память, которая заключается в том, что при нагреве он принимает заданную при отжиге 55 форму, а при охлаждении возвращается в исходную. Наличие пружины исключает необходимость в указанной предварительной операции, т.к. описанный процесс осущестлия, а только взаимодействует с рейкой ме- 15 вляется в процессе непосредственной работы ТЭ за счет создания пружиной необходимого усилия растяжения (взведения) ТЭ. По данным экспериментов, проведенных авторами, такое усилие должно составлять величину порядка 0,25 от максимального значения усилия, генерируемого ТЭ, в первых термоциклах. Далее эта величина cwжается, и к 10 — 15 циклу уменьшается, стабилизируется и составляет 0,15 от максимального значения усилия, генерируемого
ТЭ. Поэтому необходимо согласование усталостных свойств материала пружины, которая бй в первых циклах создавала усилие растяжения 0,25, а к десятому-пятнадцатому циклу — 0,15 от максимального усилия, генерируемого термочувствйтельным элементом.
Изобретение поясйяется фигЛ-3.
На фигЛ изображен механизм теплово го выключения защищаемой цепи с исполь-- зованием в качестве нагревателя одно витковой катушки электромагнитного выключения указанной цепи.
Этот механизм состоит из суженной части 1 катушки электромагнитного выключе ния защищаемой цепи, в которой выполнена проточка 2, закреплена. нижняячасть 3 ТЭ таким образом, что лыска 4 последнего прилегает к проточке 2, что необ-ходимо дпя повышения надежности крепления и увеличения площади теплового контакта ТЭ с нагревателем 1, Позицией 5 обозначена рабочая часть ТЭ, а 6- рычаг ТЭ. . На фиг.2 изображен поперечный разрез нижней части 3 ТЭ; на фиг.3 — этот же механизм с тем отличием, что вместо рычага 6 ТЭ снабжен насадкой, например, в виде эксцентрика 7 и возвратной пружиной 8 (на фигЛ эта пружина условно не показана).
Рейка механизма свободного расцепйенйя . обозначена позицией 9.
На фиг.4 показан вйд сверху последнего описанного механизма.
Термочувствительный элемент изготавливается из материала, обладающего обратимой памятью формы, найример, из нитинола (сппава титана и никеля) с интервалом мартенситного превращения (т.е. ин- " тервала температур, при которых ТЭ принимает заданную прй отжиге форму), со- . ответствующим необходимой температуре .срабатывания автоматического вйключателя йри появлении тока нагрузки. Указанный элемент изтотавливается в виде прямого стержня, в котором на нижней его части изготавливается лыска, после чего верхнюю его часть пластически деформируют до Г-образной формы, но не превышая предельный
1786530 радиус загиба, который выражается известной зависимостью
R = —, д
2е
5 где я — степень деформации ТЭ (6-87); д — его толщина.
Длина плеча Г-образного загиба долж- на быть равна величине перемещения рейки механизма свободного расцепления до сра- 10 батывания последнего.
В таком виде ТЭ подвергают отжигу при температуре 450-500ОС в закрытом штампе в заневоленном состоянии в течение 30-60 минут, а после охлаждения его пластически 15 . деформйруют, закручивая на одий илЙ несколько оборотов вокруг его продольной оси. Угол закручивания при этом не должен превышать величины, определяемой зависимостью....., 20
0=— е 2! о где Π— относительный угол закручивания; 25
I — длина ТЭ;
d — его диаметр; я — степень деформации ТЭ (6 — 8,).
После этого ТЭ необходимо подвергнуть описанному выше термотренингу. В 30 случае же установки пружины возврата такой термотренинг не йужен, Термочувствительный элемент закрепляется к нагревателю пайкой, сваркой или какими-либо крепежными приспособления- 35 ми.
Механизм теплового выключения защищаемой цепи расцепителя максймального тока автоматического выключателя работает следующим образом. 40
При появлении тока перегрузки в защищаемой цепи на суженом участке 1 одйовитковой катушки электромагнитного выключателя выделяется джоулево тепло, которое передается на ТЭ через лыску 4. 45
Нагреваясь до температуры обратного мар-. тенситного перехода рабочая часть 5 ТЭ совершает механическую работу, вращаясь вокруг своей оси, при этом рычаг 6 ТЭ входит в контакт с рейкой 9 и к моменту полного 50 прогрева рабочей части 5 ТЭ. поворачивает рейку 9 на необходимую величину хода с необходимым усилием для включения механизма свободного расцепления (условно не показан). После прерывания цепи, рабочая 55 часть 5 Т3 охлаждается и при помощи пружины 8 или без нее возвращается в исходное положение.
В аналогичном механизме с ТЭ, снабженным эксцентриком 7 в контакт с рейкой
9 входит эксцентрик 7.
Предлагаемый расцепитель максимального тока отличается высокой надежностью и простотой конструкции и может быть использован для любых автоматических выключателей, содержащих механизмы электромагнитного и теплового выключения. —Формула изобретения
1. Расцепитель максимального тока автоматического выключателя, содержащий механизмы электромагнитного и теплового выключения защищаемой цепи, термочувствительный элемент косвенного нагрева, выполненный из материала с обратимой
"памятью формы", отличающийся тем, что; с целью упрощения конструкции и йовышения надежности срабатывания, в качестве натревателя использован участок уменьшенного сечения катушки электромагнитного расцепителя, термочувствительный элемент выполнен в виде круглого в поперечном сечении стержня, которому придана память кручения вокруг его продольной оси, причем его нижний конец снабжен лыской и прикреплен к нагревателю, а верхний выполнен П-образной-форМы и предназначен для взаимодействия с рейкой механизма свободного расцепления, 2. Расцепитель по п.1, отл и ч а ю щи йс я тем, что; с целью зкономии материала с обратимой памятью формы и увеличения срока службы термочувствительного элемента путем предупреждения появления в нем пластических деформаций, термочувствительный элемент выполнен с уменьшен-. ной длиной участка, предназначенного для взаимодействия с рейкой механизма свободното расцепления, причем указанный участок снабжен насадкой, рабочая сторона которой имеет криволинейную поверхность, обеспечивающую ойтимальное соотношение значений деформационно-силовых характеристик термочувствительного элемента и перемещения рейки механизма свободного расцепления.
3. Расцепитель по пп,1 и 2, о т л и ч а юшийся тем, что термочувствительный элемент снабжен возвратной пружиной, имею- щей усилие возврата порядка 0,15-0,25 от максимального значенйя усилия, генерируемого термоч уйствительным элементом при нагреве, причем устал остн ые характеристики материала возвратной пружины согласованы с изменением деформационно-силовых харзктеристйк термочувствител ьного элемента.
178653D
Редактор
Заказ 250 - Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по йзобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Проиаеодстеенно-издательский комбинат "Патент", г;Ужгород, ул.Гагарина, 101
Составитель В,Лохов
Техред М.Моргентал
Корректор Э;Лончакова
