АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК H01H73/22 H01H71/16 

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к автоматическим выключателям.

Известны автоматические выключатели, содержащие контактную систему, механизм свободного расцепления и максимальный расцепитель тока в виде нагреваемой током защищаемой цепи плоской термобиметаллической пластины, один конец которой закреплен, а второй выполнен с возможностью воздействия на механизм свободного расцепления [1].

Усилие, развиваемое в процессе тепловых деформаций, свободным концом термобиметаллической пластины, уменьшается с увеличением деформаций, а противодействующие этому усилию силы трения в механизме свободного расцепления нестабильны. Следствием этого является относительная нестабильность срабатывания автоматического выключателя с таким расцепителем.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является выбранный в качестве прототипа автоматический выключатель, содержащий контактную систему, механизм свободного расцепления, максимальный расцепитель тока в виде термобиметаллической пластины, нагреваемой током защищаемой цепи, и связанный с ней дополнительный упругий элемент, при этом дополнительный упругий элемент выполнен в виде пружины, в которую упирается свободный конец термобиметаллической пластины, имеющей плоскую форму [2].

В таком автоматическом выключателе при срабатывании обеспечивается ударное воздействие на механизм свободного расцепления, в результате чего повышается стабильность срабатывания автоматического выключателя. Однако при изготовлении расцепителя расходуется заметное количество термобиметалла.

Цель изобретения - создание такого автоматического выключателя, в котором максимальный расцепитель тока за счет изменения конфигурации термобиметаллической пластины при сохранении ударного характера воздействия на механизм свободного расцепления в процессе срабатывания обеспечил бы снижение материалоемкости термобиметаллической пластины.

Поставленная цель достигается тем, что в автоматическом выключателе, содержащем контактную систему, механизм свободного распределения, максимальный расцепитель тока в виде термобиметаллической пластины, нагреваемой током защищаемой цепи, и связанный с ней дополнительный упругий элемент, указанный упругий элемент выполнен непосредственно на термобиметаллической пластине в форме сферического сегмента, расположенного со стороны активного слоя термобиметаллической пластины. Автоматический выключатель может быть выполнен с возможностью воздействия на механизм свободного расцепления либо сферическим сегментом, либо укрепленным на нем стержнем. Автоматический выключатель может быть снабжен пружиной с регулируемым усилием воздействия на сферический сегмент, а также нагревателем с регулируемым тепловым контактом его со сферическим сегментом.

Сущность изобретения состоит в том, что при недопустимой величине тока в защищаемой цепи в результате тепловых деформаций сферический сегмент на термобиметаллической пластине распрямляется и, пройдя через положение неустойчивого равновесия, резко выгибается в противоположном направлении, воздействуя при этом на механизм свободного расцепления автоматического выключателя. Поскольку рабочие тепловые деформации происходят на относительно небольшой площади сферического сегмента, размеры пластины могут быть заметно уменьшены. Кроме того, в момент срабатывания сферический сегмент подвергается преимущественно сжимающим нагрузкам, и поэтому толщина термобиметалла также может быть уменьшена. Таким образом, снижение материалоемкости термобиметаллической пластины является прямым следствием применения упругого элемента в форме сферического сегмента на термобиметаллической пластине.

На фиг. 1 приведен общий вид предлагаемого автоматического выключателя; на фиг. 2 - вариант максимального расцепления тока автоматического выключателя с прямым нагревом термобиметаллической пластины и воздействием на механизм свободного расцепления вершиной сферического сегмента; на фиг. 3 - расцепитель с прямым нагревом термобиметаллической пластины и воздействием на механизм свободного расцепления посредством стержня, жестко соединенного с термобиметаллической пластиной по краю сферического сегмента; на фиг. 4 - расцепитель с комбинированным нагревом термобиметаллической пластины, воздействием на механизм свободного расцепления вершиной сферического сегмента и с возможностью регулирования величины тока срабатывания; на фиг. 5 - возможный вариант раскроя полосы термобиметалла на пластины для расцепителя.

Автоматический выключатель содержит корпус 1, в котором размещены контактная система 2, механизм свободного расцепления 3, скоба отключения 4 и тепловой максимальный расцепитель тока в виде термобиметаллической пластины, нагреваемой током защищаемой цепи. Сферический сегмент 5 выполнен на термобиметаллической пластине, которая закреплена концом 6 и при срабатывании в результате тепловых деформаций сферического сегмента 5 воздействует через скобу отключения 4 на механизм свободного расцепления 3. Гибкий проводник 7 исключает влияние токоподвода на тепловые деформации термобиметалла. Упор 8 повышает жесткость расцепителя при его воздействии на механизм свободного расцепления 3. Стержень 9 (фиг. 1 и 3) жестко соединен концом со сферическим сегментом 5 по его краю. Нагреватель 10 (фиг. 4) включен последовательно с термобиметаллической пластиной. Регулировочный винт 11 посредством пружины 12 воздействует на нагреватель 10.

В процессе нагрева термобиметаллической пластины сферический сегмент 5 постепенно распрямляется и при недопустимых токах перегрузки, пройдя через положение неустойчивого равновесия, скачкообразно выгибается в противоположном направлении и воздействует при этом через скобу отключения 4 на механизм свободного расцепления 3 или непосредственно (фиг. 2 и 4) или посредством закрепленного на сферическом сегменте 5 стержня 9 (фиг. 1 и 3). В результате контакты контактной системы 2 размыкаются и автоматический выключатель отключает цепь. Ударное воздействие на механизм свободного расцепления 3 усиливается, кроме жесткого крепления конца 6 термобиметаллической пластины, упором 8, исключающим прогиб пластины в месте его установки. Наличие гибкого проводника 7 устраняет влияние токоподвода на тепловые деформации термобиметаллической пластины.

Срабатывание предлагаемого автоматического выключателя определяется преимущественно температурой термобиметаллической пластины, ее толщиной и размерами сферического сегмента 5. Поэтому калибровка расцепителя может производиться вне автоматического выключателя, например, путем отбора по величине тока срабатывания. Однако в случае необходимости калибровка может осуществляться и в автоматическом выключателе, в частности, (как показано на фиг. 4) путем изменения теплового контакта сферического сегмента 5 с нагревателем 10, включенным последовательно с термобиметаллической пластиной, посредством изменения сжатия пружины 12 регулировочным винтом 11. При этом одновременно меняется усилие, способствующее распрямлению сферического сегмента 5. На участке соприкосновения со сферическим сегментом 5 нагреватель 10 изолирован, чтобы исключить электрическое контактирование, снижающее сопротивление цепи нагрева термобиметаллической пластины и нарушающее его стабильность.

Термобиметаллическая пластина в предлагаемом автоматическом выключателе в сравнении с пластиной в известных выключателях имеет несколько большую ширину при значительно меньшей длине и меньшую толщину, обусловленную изменением характера нагрузки (сжатие вместо изгиба). При этом возможен практически безотходный раскрой полосы (листа) термобиметалла, пример варианта которого приведен на фиг. 5. Одновременно с порезкой полосы может формоваться сферический сегмент. Таким образом, в предлагаемом автоматическом выключателе достигается значительное снижение материалоемкости термобиметаллической пластины.

Использование: изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматическим выключателям. Сущность изобретения: в автоматическом выключателе, содержащем контактную систему, механизм свободного расцепления, максимальный расцепитель тока в виде термобиметаллической пластины, нагреваемой током защищаемой цепи, и связанный с ней упругий элемент, согласно изобретению упругий элемент выполнен непосредственно на термобиметаллической пластине в виде углубления. Углубление преимущественно выполнено в форме сферического сегмента, со стороны активного слоя термобиметаллической пластины. Устройство обеспечивает практически безотходный раскрой полосы термобиметалла, достигается снижение материалоемкости термобиметаллической пластины. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Автоматический выключатель, содержащий контактную систему, механизм свободного расцепления, максимальный расцепитель тока в виде термобиметаллической пластины, нагреваемой током защищаемой цепи, и связанный с ней дополнительный упругий элемент, отличающийся тем, что дополнительный упругий элемент выполнен на термобиметаллической пластине в форме сферического сегмента, расположенного со стороны активного слоя термобиметаллической пластины. 2. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью воздействия на механизм свободного расцепления сферическим сегментом. 3. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что на сферическом сегменте жестко закреплен стержень с возможностью его воздействия на механизм свободного расцепления. 4. Выключатель по пп.1 - 3, отличающийся тем, что он содержит нагреватель, выполненный с возможностью изменения его теплового контакта со сферическим сегментом. 5. Выключатель по пп.1 - 4, отличающийся тем, что он содержит пружину, выполненную с возможностью регулируемого по величине усилия воздействия на сферический сегмент.