Быстродействующий выключатель

 

Изобретение относится к электроаппаратостроению, а более конкретно к быстродействующим выключателям, и может быть использовано как в специальных электроустановках (железнодорожный и автомобильный транспорт, суда), так и в электроустановках общего назначения. Быстродействующий выключатель содержит ось, установленную на неподвижной опоре, поворотный рычаг, установленный на указанной оси и имеющий вторую ось, на которой установлен подвижный контакт c зацепом. Защелка имеет возможность входить в зацепление с зацепом. За подвижный контакт зацеплена пружина, создающая отключающий момент. Вторая пружина зацеплена за неподвижную опору и создает включающий момент. Пружина, зацепленная за подвижный контакт, вторым концом зацеплена за поворотный рычаг, вторая пружина, зацепленная за неподвижную опору, вторым концом зацеплена за подвижный контакт и создает дополнительный отключающий момент, а упор установлен так, что линия действия суммарного усилия от отключающего и от дополнительного отключающего моментов, воздействующего на точку соприкосновения подвижного контакта и упора, проходит между неподвижной и второй осями поворотного рычага. Технический результат - уменьшение расхода энергии при включении за счет снижения усилия включающей пружины. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электроаппаратостроению, а более конкретно к быстродействующим выключателям, и может быть использовано как в специальных электроустановках (железнодорожный и автомобильный транспорт, суда), так и в электроустановках общего назначения.

Известны быстродействующие выключатели с подвижным контактом, шарнирно закрепленным на подвижной опоре, и отключающей пружиной, закрепленной одним концом за жесткую опору, а вторым - за подвижный контакт так, что во включенном положении усилие этой пружины создает контактное нажатие, поворачивая подвижный контакт относительно оси, закрепленной на подвижной опоре, например якоре удерживающего электромагнита [1].

Ввиду наличия вращательного момента в сторону включения, движение подвижного контакта при отключении замедляется и тем самым снижается быстродействие выключателя.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является быстродействующий выключатель, содержащий ось, установленную на неподвижной опоре, поворотный рычаг, установленный на указанной оси и имеющий вторую ось, на которой установлен подвижный контакт с зацепом, защелку, имеющую возможность входить в зацепление с зацепом, пружину, зацепленную за подвижный контакт и создающую отключающий момент, вторую пружину, зацепленную за неподвижную опору и создающую включающий момент, неподвижный контакт, включающий привод и упор, имеющий в отключенном положении точку соприкосновения с подвижным контактом, на которую воздействует усилие отключающего момента [2].

В этом быстродействующем выключателе пружина, создающая отключающий момент, при включении противодействует пружине, создающей включающий момент, поэтому последняя требует дополнительного усилия и, следовательно, дополнительного расхода энергии на ее растяжение.

Задача изобретения - уменьшить энергоемкость включающего привода.

Для выполнения указанной задачи в быстродействующем выключателе, содержащем ось, установленную на неподвижной опоре, поворотный рычаг, установленный на указанной оси и имеющий вторую ось, на которой установлен подвижный контакт с зацепом, защелку, имеющую возможность входить в зацепление с зацепом, пружину, зацепленную за подвижный контакт и создающую отключающий момент, вторую пружину, зацепленную за неподвижную опору и создающую включающий момент, неподвижный контакт, включающий привод и упор, имеющий в отключенном положении точку соприкосновения с подвижным контактом, на которую воздействует усилие отключающего момента, введены новые признаки, т.е. пружина, зацепленная за подвижный контакт, вторым концом зацеплена за поворотный рычаг, вторая пружина, зацепленная за неподвижную опору, вторым концом зацеплена за подвижный контакт и создает дополнительный отключающий момент, а упор установлен так, что линия действия суммарного усилия от отключающего и от дополнительного отключающего моментов, воздействующего на точку соприкосновения подвижного контакта и упора, проходит между неподвижной и второй осями поворотного рычага, при этом выполняются условия: и l₁>l₂, где М_откл и ΔМ_откл - отключающий и дополнительный отключающий моменты относительно второй оси поворотного рычага от пружин, зацепленных за подвижный контакт, а вторыми концами за поворотный рычаг и неподвижную опору соответственно; М_вкл - включающий момент относительно неподвижной оси поворотного рычага от пружины, зацепленной за подвижный контакт и неподвижную опору; l₁ и l₂ - нормали к линии действия суммарного усилия отключающего и дополнительного отключающего моментов соответственно от неподвижной оси и от второй оси поворотного рычага.

В быстродействующем выключателе защелка установлена шарнирно на поворотном рычаге, а упор выполнен подвижным и связан с включающим приводом.

Введение новых признаков позволило у предлагаемого выключателя уменьшить расход энергии при включении за счет снижения усилия включающей пружины, которая не воспринимает противодействующего усилия от отключающей пружины, а наоборот сама частично помогает отключающей пружине в создании отключающего усилия, что в конечном счете позволяет применить включающий привод с меньшей энергоемкостью.

На фиг. 1 изображен быстродействующий выключатель в отключенном положении; на фиг.2 - во включенном.

Выключатель имеет неподвижную ось 1, с закрепленным на ней поворотным рычагом 2, имеющим вторую ось 3, на которой крепится подвижный контакт 4 с зацепом 5, имеющий возможность входить в зацепление с защелкой 6, установленной на рычаге 2. За подвижный контакт 4 зацеплены пружины 7 и 8, вторые концы которых зацеплены за рычаг 2 и неподвижную опору 9 соответственно.

Силы пружины 7 создают два одинаковых по модулю, но противоположных по направлению моментов отключающий момент (M_откл=F_откл•l) действует на подвижный контакт 4 относительно оси 3 против часовой стрелки, а второй такой же момент действует на рычаг 2 относительно оси 1 по часовой стрелке.

Усилие пружины 8, создает дополнительный отключающий момент (ΔM_откл= F_вкл•l₄), который действует на подвижный контакт 4 относительно оси 3 против часовой стрелки, и включающий момент (М_вкл=F_вкл•l₃), который действует на рычаг 2 относительно оси 1 по часовой стрелке.

Отключающий и дополнительный отключающий моменты, действуя на подвижный контакт 4 относительно оси 3, создают в точке К соприкосновения с упором 10 реактивную силу R, которая на плече l₁ создает на рычаге 2 относительно оси 1, противодействующий момент, направленный против часовой стрелки.

Положение упоров 10 и 11 выбирается из условия обеспечить в отключенном положении необходимый раствор S между главными контактами подвижного контакта 4 и неподвижного контакта 12, что однако может быть реализовано при правильном выборе отключающего момента M_откл, который устанавливается из условий и l₁>l₂.

Неравенство: можно представить в виде

где М_Q - избыточный момент при M_Q>0.

Избыточный момент M_Q создает в отключенном положении противодействующий момент, прижимающий рычаг 2 к упору 11 силой Q. Эта сила в выключателе может быть использована, например, для переключения вспомогательных контактов, для управления воздуходувным устройством и для других нужд, определяемых конкретно при разработке выключателя.

Включение осуществляется приводом 13, шток которого может быть связан, например, с упором 10. При этом подвижный контакт 4 поворачивается относительно оси 3 по часовой стрелке до зацепления зацепа 5 с защелкой 6 и взводятся пружины 7 и 8. Затем питание с привода 13 снимается и поворотный рычаг 2 вместе с подвижным контактом 4 поворачивается относительно оси 1 до соприкосновения с контактом 12 под действием пружины 8, создающей контактное нажатие. При этом упор 10 возвращается в исходное положение, а между упором 10 и подвижным контактом 4 образуется воздушный промежуток, обеспечивающий провал при износе контактов 4 и 12.

Отключение выключателя происходит следующим образом. Под действием силы расцепителя (не показан) в направлении стрелки А (см. фиг.2) происходит поворот защелки 6, которая выходит из зацепления с зацепом 5. Подвижный контакт 4 под действием пружин 7 и 8 поворачивается относительно оси 3 до соприкосновения с упором 10, а затем под действием реактивной силы R поворачивается рычаг 2 относительно оси 1 до соприкосновения с упором 11, образуя вместе с подвижным контактом 4 необходимый раствор S между главными контактами.

Использование предлагаемого выключателя позволяет уменьшить расход энергии при включении за счет снижения усилия включающей пружины 8, которая не воспринимает противодействующего усилия от отключающей пружины 7, а наоборот сама частично помогает отключающей пружине 7 в создании отключающего усилия, что в конечном счете позволяет применить включающий привод с меньшей энергоемкостью.

Источники информации
1. Тихменев Б.Н. и др. Подвижной состав электрических железных дорог. - М.: Транспорт, 1969. с. 292 - 298.

2. Хидэки Исида, Hобору Фурухаяси. Малогабаритный быстродействующий выключатель постоянного тока. - Мицубиси Дэнки Гихо, т.52, 3, 1978, с. 250-254 (прототип).

Формула изобретения

1. Быстродействующий выключатель, содержащий ось, установленную на неподвижной опоре, поворотный рычаг, установленный на указанной оси и имеющий вторую ось, на которой установлен подвижный контакт с зацепом, защелку, имеющую возможность входить в зацепление с зацепом, пружину, зацепленную за подвижный контакт и создающую отключающий момент, вторую пружину, зацепленную за неподвижную опору и создающую включающий момент, неподвижный контакт, включающий привод и упор, имеющий в отключенном положении точку соприкосновения с подвижным контактом, на которую воздействует усилие отключающего момента, отличающийся тем, что пружина, зацепленная за подвижный контакт, вторым концом зацеплена за поворотный рычаг, вторая пружина, зацепленная за неподвижную опору, вторым концом зацеплена за подвижный контакт и создает дополнительный отключающий момент, а упор установлен так, что линия действия суммарного усилия от отключающего и от дополнительного отключающего моментов, воздействующего на точку соприкосновения подвижного контакта и упора, проходит между неподвижной и второй осями поворотного рычага, при этом выполняются условия

и
l₁>l₂,
где М_oткл и ΔМ_откл - отключающий и дополнительный отключающий моменты относительно второй оси поворотного рычага от пружин, зацепленных за подвижный контакт, а вторыми концами - за поворотный рычаг и неподвижную опору соответственно;
М_вкл - включающий момент относительно неподвижной оси поворотного рычага от пружины, зацепленной за подвижный контакт и неподвижную опору;
l₁ и l₂ - нормали к линии действия усилия отключающего и дополнительного отключающего моментов соответственно от неподвижной оси и от второй оси поворотного рычага.

2. Быстродействующий выключатель по п.1, отличающийся тем, что защелка установлена шарнирно на поворотном рычаге.

3. Быстродействующий выключатель по п.1, отличающийся тем, что упор, контактирующий с подвижным контактом, выполнен подвижным и связан с включающим приводом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2