МЕХАНИЗМ СВОБОДНОГО РАСЦЕПЛЕНИЯ МНОГОПОЛОСНОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ Российский патент 1998 года по МПК H01H73/02 

Изобретение относится к электроаппаратостроению, в частности к автоматическим выключателям, конкретно к механизмам свободного расцепления многополюсных автоматических выключателей, использующих энергию, аккумулированную силовой пружиной для разведения главных контактов.

Известна конструкция механизма свободного расцепления многополюсных автоматических выключателей модульной сборки [1].

Модулем в этой конструкции является однополюсный выключатель с его механизмом свободного расцепления. При сборке многополюсного выключателя из однополюсных для осуществления совместного коммутирования во всех полюсах от ручного оперирования или от команды в одном полюсе на автоматическое срабатывание выполнено два общих жестких крепления. Одно из креплений соединяет ручки рукояток всех полюсов, а второе - другой элемент механизмов свободного расцепления во всех полюсах.

Степень одновременности потери соприкосновения главных контактов при автоматическом срабатывании одного полюса в этом многополюсном выключателе зависит от люфтов взаимодействующих деталей механизмов свободного расцепления, места размещения второго жесткого крепления и места сработавшего полюса в модульном наборе.

Несколько повысить надежность и стабильность многополюсного выключателя при срабатывании в одном полюсе за счет совершенствования его механизма свободного расцепления удалось в отечественных автоматических выключателях [2].

Механизм свободного расцепления известных многополюсных автоматических выключателей содержит в каждом полюсе рукоятку управления с ручкой и основанием, Т-образную скобу, сидящую на оси с возможностью разворота, несущую основание рукоятки, двуплечий расцепляющий рычаг, закрепленный на оси с хвостовиком и с контактным держателем, сидящем на оси, установленной на плече расцепляющего рычага, силовую пружину, одним концом связанную с верхом Т-образной скобы, а другим - с подвижным контактным держателем, двуплечую защелку с пружиной и фиксатор, с которым входит в зацепление одно плечо защелки, а другое плечо защелки входит в зацепление с расцепляющим рычагом, подпружиненный двуплечий рычаг, установленный с возможностью взаимодействия одним плечом с хвостовиком рычага механизма свободного расцепления, а другим - с фиксатором, и два общих крепления одинаковых элементов во всех полюсах, одно из которых соединяет ручки рукояток, а другое - оси подпружиненных двуплечих рычагов.

Механизм свободного расцепления известного многополюсного выключателя при автоматическом срабатывании в одном полюсе обеспечивает автоматическое отключение всех полюсов уже без воздействия их максимальных расцепителей, и под действием силовой пружины каждого полюса, приводящей расцепляющий рычаг в автоматическое отключение.

К недостаткам этого выключателя относятся следующие:
Сложность конструкции, обусловленная наличием кроме фиксатора двуплечей защелки, малая надежность отключения больших токов из-за перехода главной силовой пружины через нулевое положение как при включении, так и при отключении, повышенным расходом материала контактных накладок в связи с моментным включением.

Упрощает конструкцию, исключая недостатки предыдущего технического решения в других известных автоматических выключателях, в которых применена кинематика движения подвижного контактного держателя под воздействием механизма свободного расцепления, исключающая переход главной пружины через нулевое положение.

Механизм свободного расцепления известных выключателей обеспечивает плавное соприкосновение главных контактов при включении и моментное разъединение при автоматическом отключении [3].

Механизм свободного расцепления этих многополюсных автоматических выключателей содержит в каждом полюсе рукоятку управления с ручкой и основанием, подпружиненную на оси с возможностью проворота, траверсу с осью на одном конце, которая взаимодействует с основанием рукоятки и выступом на другом конце, расцепляющий рычаг с хвостовиком и контактным держателем, установленными на одной оси, главную пружину, поджимающую расцепляющий рычаг с хвостовиком и контактным держателем, с образованием между ними углового зазора, пропорционального провалу контактов и с фиксацией выступом другого конца траверсы хвостовика расцепляющего рычага, двуплечий рычаг, установленный на оси, одним плечом имеющий возможность взаимодействовать с выступом конца траверсы, стопорящего хвостовик расцепляющего рычага, а другим плечом, на который воздействуют расцепители максимального тока, свободно охватывает подвижный контактный держатель со стороны, обратной размещению контактной накладки, два общих крепления, одно - соединяет ручки рукояток, другое - плечи двуплечих рычагов, имеющие возможность взаимодействовать с расцепителями максимального тока при срабатывании. Причем, крепление ручек рукояток жесткое, а крепление плечей двуплечих рычагов не жесткое, выполнено с возможностью люфта.

Это позволяет автоматическое отключение в любом одном полюсе многополюсного выключателя производить расцепителем максимального тока до "выбора люфта" во втором общем креплении, т.е. без дополнительного противодействия элементов других полюсов.

После расстопорения хвостовика расцепляющий рычаг под действием главной пружины вместе с контактным держателем проворачиваются на общей оси и разворачивают плечо двуплечего рычага, охватывающее контактный держатель, выбирая люфт этого плеча с вторым общим креплением. После выбора люфта двуплечие рычаги в остальных полюсах проворачиваются у своих осей и расстопоряют хвостовики расцепляющих рычагов. Таким образом, срабатывание механизмов в других полюсах производится усилием главной пружины полюса, сработавшего от расцепителя.

Механизму свободного расцепления известного многополюсного выключателя присущи недостатки: низка надежность отключения небольших токов при ручном оперировании рукояткой; зависимость надежности отключения при ручном оперировании от скорости разворота рукоятки.

Названные недостатки присущи известной конструкции, потому что основание рукоятки подвижно (шарнирно), но неразъемно связано с траверсой, а неавтоматическое (ручное) отключение не приводит к снятию зацепления хвостовика расцепляющего рычага. Эти условия приводят к тому, что при малой скорости разворота ручки на отключение, а значит и малой скорости разъединения контактодержателей, после потери соприкосновения контактных накладок загорается электрическая дуга, разрушающая контактные накладки (при расстоянии между контактными накладками l<1 мм).

Таким образом, задержка рукоятки при отключении или недопустимое снижение скорости разворота по обстоятельствам сознательное, выводит механизм из строя.

Наиболее близкой по технической сути к заявляемому является известная конструкция механизма свободного расцепления трехполюсного автоматического выключателя ВА60-26-34, собираемого из однополюсных выключателей [4].

В настоящее время известная конструкция модульных многополюсных выключателей ВА60-26 с механизмом свободного расцепления, выбранным за прототип, продолжает серийно выпускаться, в том числе для встраивания в устройства защитного отключения У30.

Известный механизм свободного расцепления многополюсного автоматического выключателя, выбранный за прототип, содержит в каждом полюсе рукоятку управления с ручкой и основанием, подпружиненную на оси, с возможность проворота, траверсу с осью, имеющую возможность взаимодействовать с основанием рукоятки, расцепляющий рычаг с хвостовиком и контактным держателем, закрепленный подвижно на оси траверсы, силовую главную пружину, фиксатор с пружиной, стопорящий расцепляющий рычаг, двуплечий рычаг, установленный между расцепляющим рычагом и фиксатором, имеющий возможность одним плечом взаимодействовать с хвостовиком расцепляющего рычага после автоматического расстопорения, а другим плечом - с фиксатором, и два общих жестких крепления, одно из которых соединяет оси двуплечих рычагов, а другое - ручки рукояток управления.

Однако известному механизму свободного расцепления многополюсного автоматического выключателя, взятому за прототип, присущи недостатки:
Низка надежность отключения токов при ручном оперировании рукояткой.

Надежность отключения токов при ручном оперировании зависит от скорости разворота рукоятки оператором и падает с уменьшением скорости разворота.

Наличие конструктивной возможности удержания (остановки) рукоятки после потери соприкосновения контактных накладок и вывода из строя механизма сжиганием контактных накладок электрической дугой.

Названные недостатки присущи известной конструкции из-за того, что основание рукоятки подвижно (шарнирно), но не разъемно связано с траверсой, а неавтоматическое (ручное) отключение не приводит к снятию зацепления хвостовика расцепляющего рычага с фиксатором сразу после потери соприкосновения контактных накладок. Для отхода хвостовика расцепляющего рычага от фиксатора необходимо перевести через нулевое положение основание рукоятки, шарнирно соединенное с траверсой, и вывести контактные накладки на 2/3 раствора.

Медленное размыкание контактных накладок при токах несрабатывания, J_н, 1,05 J_н в сочетании с малым отходом их друг от друга, например, менее 1 мм, приводит к выгоранию контактных накладок.

Мала надежность многополюсного срабатывания при автоматическом срабатывании в одном полюсе.

Вызвана неоднозначностью кинематики движения хвостовика расцепляющего рычага с контактным держателем, в случае автоматического срабатывания при удержании ручки рукоятки в положении включено и без удержания.

В первом случае, при удержании рукоятки, автоматическое срабатывание в одном полюсе приводит только к развороту расцепляющего рычага с контактным держателем у общей оси, при этом хвостовик расцепляющего рычага ударяет по одному плечу двуплечего рычага, имеющего общее крепление оси в других полюсах, разворачивает через него двуплечие рычаги в остальных полюсах и другими их плечами сбрасывает фиксатор, что вызывает отключение во всех полюсах без преодоления дополнительных усилий элементов других полюсов расцепителем сработавшего полюса за счет энергии главной пружины.

Во втором случае, без удержания рукоятки, после автоматического расстопорения расцепляющего рычага он с контактным держателем участвует не только в развороте на оси, но и вместе с осью под суммарным усилием главной пружины и пружины, разворачивающей рукоятку, движется вверх, т.е. от плеча (а не к плечу) двуплечего рычага. Взаимодействия может не произойти.

Разворот двуплечего рычага продолжает расцепитель, который принимает на себя дополнительные усилия узлов в остальных полюсах. Отключение других полюсов осложняется.

Ненадежна сигнализация отключенного состояния при удержании ручки и автоматическом отключении.

После прекращения удержания ручки, после автоматического отключения ручка остается в положении "Включено".

Предлагаемое техническое решение открывает возможности устранить либо уменьшить названные недостатки.

Конкретно: повысить надежность отключения токов при ручном оперировании, сделать ее не зависимой от скорости разворота рукоятки, устранить конструктивную возможность вывода механизма из строя, задержкой разворота рукоятки при отключении, повысить надежность многополюсного срабатывания при автоматическом срабатывании в одном полюсе, осуществить надежную сигнализацию отключенного состояния после автоматического отключения при удержании ручки.

Сущность изобретения заключается в том, чтобы создать условия, при которых потеря соприкосновения контактных накладок механизма при ручном оперировании сопровождалась бы их первоначальным разведением не менее чем на 1,5 мм, а усилие главной пружины использовалось для возвращения рукоятки в положение "Отключено" после автоматического срабатывания при ее удержании. Сущность изобретения заключается и в том, чтобы автоматическое срабатывание в любом полюсе однозначно вело к срабатыванию (сбросу фиксаторов) в других полюсах усилием главной пружины сработавшего полюса.

Названное становится выполнимым с предложением рациональной новой кинематической связи рукоятки с траверсой, приданием торцам траверсы и основания рукоятки новой формы и функций, дополнением механизма элементом, изменяющим кинематику механизма в направлении использования усилия главной пружины для перевода рукоятки в положение "Отключено", переносом одного общего крепления на дополнительный элемент.

Для осуществления названного, согласно изобретению, в механизме свободного расцепления рукоятка выполнена с граненым основанием, а траверса - с граненым торцом, обращены ребрами граней друг к другу и установлены с зазором так, что взаимодействие основания рукоятки с траверсой при ручном отключении наступает с началом соприкосновения их ребер. При переходе ребра основания рукоятки через ребро торца траверсы наступает моментное разъединение контактных накладок на расстояние более 1,5 мм, достаточное для погашения короткой электрической дуги, далее процесс разведения идет до выбора раствора плавно, не моментно.

Кроме этого, согласно изобретению, механизм свободного расцепления снабжен дополнительным двуплечим рычагом, размещенным на оси между основанием рукоятки и хвостовиком расцепляющего рычага с возможностью одним плечом взаимодействовать с основанием рукоятки, а другим - с хвостовиком расцепляющего рычага, при этом второе общее жесткое крепление соединяет оси дополнительных двуплечих рычагов.

Вместе с выполнением хвостовика расцепляющего рычага отдельным элементом с овальным отверстием в центре, осевым выступом на одном конце, взаимодействующим с плечом дополнительного двуплечего рычага, со сквозным пазом на другом конце, которым установлен на осевой выступ расцепляющего рычага, снабжением плеча ранее имеющегося двуплечего рычага осевым выступом и пропуском его через овальное отверстие хвостовика создает условия для надежного отключения во всех полюсах при автоматическом отключении в одном полюсе и отвести рукоятку в положение "Отключено" для случаев ее удержания при автоматическом срабатывании.

Процесс сброса фиксатора в других полюсах осуществляется за счет усилия главной пружины сработавшего автоматически полюса, а перевод рукояток в положение "Отключено" - совместным усилием главных пружин во всех полюсах.

Сопоставительным анализом по перечисленным отличиям заявляемого механизма свободного расцепления многополюсного автоматического выключателя от прототипа подтверждается соответствие критерию изобретения "Новизна".

Сравнение, проведенное нами с прототипом и другими решениями, позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "Существенные отличия".

На фиг. 1 изображен предлагаемый механизм свободного расцепления многополюсного выключателя в исходном положении ("Включено"); на фиг. 2 - то же, в начале процесса "Отключение вручную"; на фиг. 3 - то же, в положении "Отключено вручную"; на фиг. 4 - предлагаемый механизм свободного расцепления в положении "Отключено автоматически".

На всех фигурах механизм свободного расцепления представлен в корпусе автоматического выключателя.

Предлагаемый механизм свободного расцепления многополюсного автоматического выключателя содержит в каждом полюсе рукоятку 1 с ручкой 2 и основанием 3, подпружиненную на оси с возможностью вращения, ручки рукояток жестко скреплены общим соединением 1а, траверсу 4 с осью 5, имеющую возможность взаимодействовать с основанием рукоятки, расцепляющий рычаг 6 с хвостовиком 7 и контактным держателем 8, закрепленным подвижно на оси траверсы, силовую пружину 9, фиксатор 10 с пружиной (пружина условно на фигурах не приведена), стопорящий расцепляющий рычаг, двуплечий рычаг 11, установленный с возможностью взаимодействия одним плечом с хвостовиком расцепляющего рычага, а с другим - с фиксатором, рукоятка 1 выполнена с гранями 13 и 14 основания 3, а траверса 4 - с гранями 17 и 18 торца, рукоятка и траверса обращены ребрами 15 и 16 друг к другу и установлены с зазором α , расцепляющий рычаг 6 снабжен осевым выступом 19 у конца входящего в зацепление с фиксатором, хвостовик 7 расцепляющего рычага выполнен отдельным элементом с овальным отверстием 20 в центре и осевым выступом 24 на одном конце, со сквозным пазом 21 на другом конце и установлен дном 22 сквозного паза на осевой выступ расцепляющего рычага, плечо 23 двуплечего рычага, взаимодействующее с хвостовиком, снабжено осевым выступом 24а, пропущенным через овальное отверстие 20, дополнительный двуплечий рычаг 25 размещен между рукояткой 1 и хвостовиком 7 расцепляющего рычага 6 с возможностью одним плечом взаимодействовать с основанием 3 рукоятки 1, а другим - с осевым выступом 24 хвостовика 7 расцепляющего рычага, общее для всех полюсов жесткое второе крепление 26 соединяет оси дополнительных двуплечих рычагов 25. Взаимодействия основания 3, рукоятки 1 с траверсой 4 при ручном отключении наступает с началом соприкосновения ребер 15, 16.

Предложенный механизм свободного расцепления многополюсного выключателя работает следующим образом.

При ручном отключении из исходного отключено.

Рука оператора проворачивает ручку 2 рукоятки 1 по часовой стрелке. Ребро 16 основания движется в направлении ребра 15 траверсы 4 и выбирает зазор α . С начала соприкосновения ребер начинается резкое перемещение траверсы 4 с подвижным контактным держателем 8, в момент перехода ребра ручки через ребро траверсы, контактный держатель 8 уходит от неподвижного контактного держателя, моментно обеспечивая расстояние l>1,5 мм между контактными накладками, достаточное для погашения короткой электрической дуги (фиг. 1, 2). Дальнейшее перемещение основания 3 рукоятки 1 плавно переводит механизм в состояние "Отключено вручную" (фиг. 3).

При автоматическом отключении.

Фиксатор 10 освобождает от зацепления расцепляющий рычаг 6, который под действием главной пружины 9 получает вместе с контактодержателем 8 разворот у оси 5 траверсы 4. Разворот происходит моментно и приводит механизм в состояние "Отключено автоматически" (фиг. 4). При этом расцепляющий рычаг 6 через свой хвостовик 7 разворачивает дополнительный двуплечий рычаг 25 общего для всех полюсов крепления 26 осей и переводит рукоятку управления в положение "Отключено". При движении на отключение расцепляющего рычага 6 с хвостовиком 7 разворачивается рычаг 11 и сбрасывает зацепление фиксатора 10 в остальных полюсах многополюсного выключателя.

Предлагаемый механизм свободного расцепления многополюсного автоматического выключателя имеет преимущества по сравнению с прототипом:
Более высокую надежность отключения при ручном оперировании рукояткой.

Отключение токов при оперировании рукояткой не зависит от скорости разворота рукоятки.

Не имеет конструктивной возможности вывода из строя при отключении путем удержания рукоятки.

Имеет большую надежность многополюсного срабатывания при автоматическом отключении в одном полюсе.

Обеспечивает надежную сигнализацию отключенного состояния при удержании ручки и автоматическом отключении.

Изобретение относится к электроаппаратостроению. Рукоятка выполнена с граненым основанием, а траверса - с граненым концом, что позволяет начало разъединения контактов обеспечить моментно на расстояние, при котором гасится короткая дуга. Предложена новая кинематическая связь между элементами механизма свободного расцепления, позволяющая использовать главную пружину каждого полюса для фиксации рукоятки, и ее возвращение в положение "Отключено" после автоматического срабатывания при удержании рукоятки в положении "Включено". В соответствии с выполнением технического решения, предложенного изобретением, получен механизм свободного многополюсного выключателя с высокой надежностью ручного отключения и многополюсного срабатывания при отключении в одном полюсе. Механизм обеспечивает надежную индикацию состояний "Включено" и "Отключено" ручкой рукоятки. 4 ил.

Механизм свободного расцепления многополюсного автоматического выключателя, содержащий в каждом полюсе рукоятку управления с ручкой и основанием, подпружиненную на оси, с возможностью вращения, траверсу с осью, имеющую возможность взаимодействия с основанием рукоятки, расцепляющий рычаг с хвостовиком и контактным держателем, закрепленный подвижно на оси траверсы, силовую пружину, фиксатор с пружиной, стопорящий расцепляющий рычаг, двуплечий рычаг, установленный с возможностью взаимодействия одним плечом с хвостовиком расцепляющего рычага, а другим - с фиксатором, и два общих жестких крепления одинаковых элементов во всех полюсах, одно из которых соединяет ручки рукояток, отличающийся тем, что рукоятка выполнена с граненым основанием, а траверса - с граненым торцом, обращены ребрами граней друг к другу и установлены с зазором, расцепляющий рычаг снабжен осевым выступом у конца, входящего в зацепление с фиксатором, хвостовик расцепляющего рычага выполнен отдельным элементом с овальным отверстием в центре, осевым выступом на одном конце, со сквозным пазом на другом конце и установлен дном сквозного паза на осевой выступ расцепляющего рычага, плечо двуплечего рычага, взаимодействующее с хвостовиком, снабжено осевым выступом, пропущенным через овальное отверстие в центре хвотовика, механизм свободного расцепления снабжен дополнительным двуплечим рычагом, подпружиненным на оси, размещенным между рукояткой и хвостовиком расцепляющего рычага с возможностью одним плечом взаимодействовать с основанием рукоятки, а другим - с осевым выступом хвостовика расцепляющего рычага, при этом второе, общее для всех полюсов, жесткое крепление соединяет оси дополнительных двуплечих рычагов, а взаимодействие основания рукоятки с траверсой при ручном отключении наступает с началом соприкосновения их ребер.