МЕХАНИЗМ СВОБОДНОГО РАСЦЕПЛЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ Российский патент 2001 года по МПК H01H73/02 

Изобретение относится к области электроаппаратостроения, в частности к быстродействующим и токоограничивающим автоматическим выключателям, конкретно к механизмам свободного расцепления автоматических выключателей, которые обеспечивают плавное замыкание главных контактов при включении и моментное разведение при отключении.

Известна конструкция механизма свободного расцепления автоматического токоограничивающего выключателя Фирмы BBC S161G, ФРГ, см. Каталог Германской фирмы BROWN BOVERI, 1981 г.

Механизм свободного расцепления этого выключателя содержит в металлических щеках рукоятку управления с ручкой и основанием, сидящую на оси вместе с пружиной, рычаг из двух параллельных ветвей, концами связанный шарнирно, одним - общим штифтом с тягой основания рукоятки управления, выполненной двумя параллельными ветвями, выходящими на ось, сидящую в отверстий основания, а другим - общей осью с П-образным хвостовиком подвижного контактодержателя, сидящим стенками двух овальных отверстий на круглых осевых выступах щек, силовую пружину, одним торцом опирающуюся на выступ щек, а другим - на конец подвижного контактодержателя, отключающую рейку, фиксирующую расцепляющий рычаг созданием с ним опорного зацепления при включении.

Отключающая рейка выполнена как двуплечий рычаг, центром установленный с возможностью разворота на осевых выступах щек. Пружина рукоятки управления одним усом упирается в основание рукоятки управления, а другим - в плечо отключающей рейки, входящее в зацепление с расцепляющим рычагом.

Расцепляющий рычаг выполнен Т-образным двуплечим, в одном плече, сидящем на осевых выступах щек, с пазами, пропускающими торцы общего штифта, а другим плечом охватывающий зубец зацепления отключающей рейки. Общий штифт входит в фигурные прорези щек, что позволяет ему иметь одну траекторию при включении и иную траекторию при отключении.

Расцепляющий рычаг после снятия опорного зацепления с отключающей рейкой при автоматическом срабатывании в состоянии "отключено" предотвращает разворот отключающей рейки в направлении, обратном срабатыванию.

К недостаткам механизма свободного расцепления известного автоматического выключателя относятся:
1. Сложность конструкции, повышенная металлоемкость и точность изготовления.

2. Наличие конструктивной возможности остановкой рукоятки управления после разъединения главных контактов при ручном отключении тока вывести механизм из строя.

3. Ограничен диапазон применения по номинальному току до 25 А.

4. Предельная коммутационная способность не превышает 3 кА.

Известен также механизм свободного расцепления автоматического выключателя серии ВА14 лицензионной разработки, выполненной нашей организацией - Ставропольским ВНИИЭлектроаппарат по поручению Минэлектротехпрома союзного государства в 1983 году.

Выключатели автоматические серии ВА14-26-14 с известным механизмом свободного расцепления начали выпускаться серийно 1985 года заводом Молдавского производственного объединения "Электроаппарат" в гор. Тирасполе по ТУ16-641.004-83.

Известный механизм свободного расцепления этих выключателей выпускается по чертежу. (См. Механизм свободного расцепления. Чертеж ГЛИЦ.304555.014 СБ, - гор. Ставрополь, АООТ НИИЭлектроаппарат.)
Механизм свободного расцепления известного автоматического выключателя содержит рукоятку управления с ручкой и основанием, сидящую вместе с пружиной на оси в металлических щеках, П-образный рычаг, концами связанный шарнирно, одним - общим штифтом с тягой основания рукоятки управления, а другим - осью с хвостовиком подвижного контактодержателя, сидящим стенками двух овальных отверстий на круглых осевых выступах щек, силовую пружину, одним торцом установленную на выступ щек, а другим упирающуюся в конец подвижного контактодержателя, расцепляющий двуплечий Т-образный рычаг и отключающую рейку, имеющие возможность совместного опорного зацепления при включении. Отключающая рейка центром установлена с возможностью разворота на осевых выступах щек, одним плечом может взаимодействовать с электромагнитным расцепителем при его срабатывании, а другим плечом - с тепловым расцепителем при тепловом срабатывании. Расцепляющий двуплечий T-образный рычаг одним плечом сидит на осевых выступах щек и продольными пазами пропускает торцы общего штифта, а другим плечом охватывает зубец зацепления отключающей рейки.

Пружина рукоятки управления одним усом взаимодействует с основанием рукоятки управления, другим усом упирается в плечо отключающей рейки, входящее в зацепление с расцепляющим рычагом.

В щеках механизма свободного расцепления выполнены Δ-образные пазы, пропускающие торцы общего штифта, что позволяет ему использовать разные траектории при движении на отключение и включение.

Конструкции этого механизма свободного расцепления удалось увеличить диапазон применения по номинальному току выключателей до 32 А.

Однако дальнейшее повышение номинальной величины выключателя без увеличения габаритов проблематично при одном зацеплении отключающей рейки с расцепляющимся рычагом, поскольку ведет к увеличению усилия контактного нажатия, усилия сброса зацепления отключающей рейки, укрупнению расцепителей.

Кроме того, известному механизму свободного расцепления присущи недостатки:
1. Сложность конструкции, повышенная металлоемкость.

2. Низка надежность ручного отключения токов нагрузки.

3. Зависимость надежности отключения от действий и физических данных оператора.

4. Велико время отключения сверхтоков при автоматическом срабатывании.

5. Ненадежна сигнализация отключенного состояния при удержании ручки и автоматическом отключении.

Повышенная металлоемкость - следствие наличия металлических щек и изготовления всех деталей механизма из металла.

Низкая надежность ручного отключения токов нагрузки, ее зависимость от оператора связаны с конструктивной возможностью остановки процесса разведения контактодержателей удержанием рукоятки после их разъединения.

Время действия тока в процессе автоматического отключения при подаче на разных углах напряжения промышленной частоты в отдельных случаях превышает 10 мс. Это вызвано кинематикой движения подвижного контактодержателя. После сброса зацепления отключающей рейки с расцепляющим рычагом следует выбор провала, перемещение хвостовика подвижного контактодержателя овальными пазами на круглых осевых выступах щек, а только за выбором провала - разъединение и разведение главных контактов на полный раствор.

С прекращением удержания ручки после автоматического отключения ручка приходит в промежуточное положение между "включено" и "отключено". Расцепляющий рычаг не досылается к месту зацепления с отключающей рейкой. Силовая пружина, превосходящая пружину рукоятки жесткостью, не используется для его перемещения. Для включения требуется предварительная ручная досылка ручки в сигнальное положение "отключено".

Известен также механизм свободного расцепления многополюсного автоматического выключателя ВА80. См. патент Российской Федерации N 2117355, H 01 H 73/02, 1998 г. Бюл. N 22. Установочная партия автоматических выключателей ВА80 с известным механизмом свободного расцепления выполнена заводом низковольтной аппаратуры в гор. Черкесске.

Известный механизм свободного расцепления многополюсного автоматического выключателя содержит в каждом полюсе рукоятку с ручкой и основанием, подпружиненную на оси с возможностью вращения, траверсу, имеющую возможность взаимодействовать с основанием рукоятки, расцепляющийся рычаг с хвостовиком и контактным держателем, закрепленным подвижно на оси траверсы, силовую пружину, фиксатор, стопорящий расцепляющий рычаг, двуплечий рычаг, установленный с возможностью взаимодействия одним плечом с хвостовиком расцепляющего рычага, а другим - с фиксатором, и два общих жестких крепления, одно из которых соединяет ручки рукояток, а другое - оси двуплечих рычагов.

Рукоятка выполнена с граненным основанием, а траверса - с граненным торцом, обращены ребрами граней друг к другу и установлены с зазором, прерывающим связь рукоятки с подвижным контактным держателем, что позволяет начало разъединения главных контактов при ручном отключении обеспечить моментно на расстояние, при котором гасится короткая дуга. Кинематическая связь между элементами известного механизма свободного расцепления позволяет использовать главную пружину каждого полюса для фиксации рукоятки и ее возвращении в положение "отключено" после автоматического срабатывания при удержании рукоятки в положении "включено".

В механизме устранена конструктивная возможность вывода из строя при отключении путем удержания рукоятки.

Диапазон применения по номинальному току увеличен до 40 А.

Уменьшена металлоемкость и сложность изготовления конструкции.

Однако известный механизм свободного расцепления имеет недостатки:
1. Мал диапазон применения по номинальному току.

2. Велико время отключения токов предельной коммутации.

Увеличение диапазона применения механизма свободного расцепления по номинальному току до 40 А осуществлено в выключателе ВА80, превосходящем по объему в 1,25 раза выключатель ВА14 при одинаковой 3 кА предельной коммутационной способности.

Дальнейшее расширение диапазона в этом объеме мало вероятно при одном зацеплении расцепляющего рычага с фиксатором.

Время отключения токов предельной коммутации может превысить длительность одного полупериода промышленной частоты, т.к. разворот на оси подвижного контактодержателя и разъединение главных контактов начинаются только после достижения траверсой упора корпуса, т.е. после полного выбора провала.

Наиболее миниатюрной, простой по конструкции и рациональной по материалоемкости является механизм свободного расцепления автоматического выключателя ВА22-27, известного по патенту Российской Федерации 2074441, H 01 H 73/18 от 27.02.97 г.

Автоматические выключатели ВА22-27 с известным механизмом свободного расцепления выпускаются серийно заводом низковольтной аппаратуры в гор. Черкесске. Номинальная величина выключателя 40 А. Глубина выключателя в два раза меньше глубины выключателя ВА14.

Конструкция известного механизма свободного расцепления обеспечивает одну траекторию движения и скорость подвижному контактодержателю как при автоматическом, так и при ручном отключении.

Известный механизм свободного расцепления автоматического выключателя содержит кнопку включения, кнопку отключения, траверсу, выполненную плоским трезубцем, расцепляющий поворотный рычаг с пуклевкой и двумя продольными пазами, идущими один за другим по горизонтальной оси, фиксатор, служащий поворотным якорем, с окном зацепления для расцепляющего поворотного рычага, подпружиненный рычаг с зубцом зацепления для траверсы, установленный между поворотным якорем и расцепляющим рычагом для возможности взаимодействия с последним после срыва первого зацепления, силовую пружину. В механизме предусмотрены два зацепления.

Расцепляющий поворотный рычаг одним концом входит в зацепление с фиксатором, а другим концом с пуклевкой помещен на подвижный контактодержатель. Траверса торцом входит в кнопку включения, крайними зубцами пронизывает поворотный расцепляющий рычаг и подвижный контактодержатель, а центральным зубцом поджата к поворотному расцепляющему рычагу между продольными пазами, один крайний зубец свободно входит в силовую пружину, а другой крайний зубец входит в зацепление с подпружиненным рычагом.

Наличие в механизме двух зацеплений снимает проблему повышения номинальной величины выключателя в минимальных габаритах, либо без увеличения габаритов.

Наличие двух кнопок управления, двух зацеплений, связь кнопки включения через центральный зубец траверсы с поворотным расцепляющим рычагом обеспечивает независимость автоматического, ручного отключения токов и выхода подвижного контактодержателя на полный раствор от удержания команды на включение. Движение поворотного расцепляющего рычага после срыва первого зацепления используется для снятия второго зацепления.

Известный механизм свободного расцепления имеет недостатки:
1. Время автоматического отключения токов предельной коммутации велико. Оно составляет 12-16 мс при величине тока 3 кА для случаев изменения им направления от пуска до разъединения контактодержателей.

2. Большое время отключения и неоднозначность характеристик срабатывания вызваны явлениями слабой сварки, задерживающими сброс второго зацепления, время выбора подвижным контактодержателем провала.

Исключение названных недостатков совершенствованием конструкции, улучшением кинематики позволило создать механизм свободного расцепления токоограничивающего автоматического выключателя, известного по патенту Российской Федерации 2117356, H 01 H 73/18, опуб. Бюл. N 22, 1998 г.

Механизм свободного расцепления этого выключателя содержит кнопку включения, кнопку отключения, плоскую трезубную траверсу, торцом входящую в кнопку включения, расцепляющий поворотный рычаг, отключающую рейку с окном зацепления для него и с просечкой, подпружиненный рычаг с продольным отверстием, установленный на оси между отключающей рейкой и расцепляющим поворотным рычагом с возможностью разворота, ┌└

-образную тягу, охватывающую ветвями, входящую концами ветвей соответственно в отверстие подпружиненного рычага и просечку отключающей рейки и соединяющую их, силовую пружину. ┌└-образная тяга охватывает поворотный якорь и подпружиненный рычаг так, что разница расстояний между охватывающими ветвями и охваченными сторонами подпружиненного рычага и отключающей рейки, выполненной поворотным якорем, больше зацепления поворотного расцепляющего рычага с отключающей рейкой и меньше воздушного рабочего зазора магнитной цепи электромагнитного расцепителя.

Два зацепления и практически одновременное их расстопорение при автоматическом срабатывании дают возможность разъединить контактодержатели ранее, без выбора провала.

Одновременный с перемещением вместе с траверсой разворот подвижного контактодержателя у центрального зубца траверсы позволяет автоматическому выключателю с известным механизмом свободного расцепления отключать токи предельной коммутации величиной 3 кА за время не более 5-7 мс при любом угле включения напряжения промышленной частоты.

Известный отечественный автоматический выключатель с данным механизмом свободного расцепления является самым миниатюрным по объему, материалоемкости, в сравнении с автоматическими выключателями номинальной величины 40 А стран СНГ и Европы.

Однако у известного механизма свободного расцепления есть недостатки:
1. Малыми объемами и размерами узлов и деталей затруднена перспектива увеличения предельной коммутационной способности у выключателей с этим механизмом.

2. Затруднена возможность исполнений с различными либо равными уставками магнитного срабатывания при неизменных ампервитках для предусмотренного ряда номинальных токов.

3. Две кнопки управления.

В ином известном автоматическом выключателе ВМ40, имеющем механизм свободного расцепления, подобный предыдущему, удалось за счет увеличения объема и применения катушки соленоида уменьшенных габаритов с выносом возвратной пружины электромагнитного расцепителя за его пределы к дополнительному толкателю, поджимающему боек к якорю, получить исполнения с различными и одинаковыми кратностями срабатывания при неизменном числе витков для ряда номинальных токов, повысить предельную коммутационную способность.

Известная конструкция механизма свободного расцепления автоматического выключателя ВМ40 является наиболее близкой по технической сути к заявляемому.

Она находит применение в однополюсных и многополюсных исполнениях, собираемых из однополюсных автоматического выключателя ВМ40, серийно выпускаемого в гор. Курске по патенту Российской Федерации 2115975, H 01 H 73/48, 1998 г., Бюл. N 20.

Известный механизм свободного расцепления автоматического выключателя, выбранный за прототип, содержит в корпусе полюса рукоятку управления с ручкой и основанием, сидящую вместе с пружиной на одной оси с возможностью разворота, двуплечий П-образный рычаг, центром опирающийся на осевые выступы корпуса, плечами связанный шарнирно, одним через тягу с основанием рукоятки управления, а другим - общей осью с подвижным контактодержателем и траверсой, силовую пружину, отключающую подпружиненную рейку, и расцепляющий двуплечий рычаг, сидящий свободно на оси в корпусе, имеющий возможность обоими плечами создавать два зацепления, одним - с отключающей подпружиненной рейкой, а другим плечом - с траверсой подвижного контактодержателя.

К достоинству выбранной за прототип известной конструкции механизма свободного расцепления автоматического выключателя относятся повышенное быстродействие, отключения сверхтоков при магнитном срабатывании за время не более 10 мс.

Выключатели с известной конструкцией механизма свободного расцепления обеспечивают коммутирование с токоограничением и малым временем на всех углах волны напряжения, предусмотренных для промышленной частоты. (См ГОСТ Р 50345-92, Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения, стр. 51, дата введения 01.01.94).

Имеют сравнительно высокую предельную коммутационную способность - 4500 А.

Положительный эффект быстродействия и токоограничения обеспечивается рациональной кинематикой механизма свободного расцепления при автоматическом отключении, использующей практически одновременный сброс двух стопорящих зацеплений для высвобождения энергии силовой пружины и пружины рукоятки управления. Рациональная кинематика позволяет осуществить разъединение главных контактов без выбора провала.

При подаче команды на автоматическое отключение и удержании команды на включение, несмотря на цепочку неразъемной шарнирной связи рукоятки управления с подвижным контактодержателем, механизм свободного расцепления обеспечивает выход подвижного контактодержателя на полный раствор.

Однако механизму свободного расцепления, выбранному за прототип, присущи недостатки:
Низка надежность отключения токов при подаче команды на отключение рукояткой управления и ручном оперировании.

Зависимость надежности неавтоматического отключения от физических данных оператора, влияющих на скорость и время разведения механизмом главных контактов.

При ручном оперировании процесс возвращения подвижного контактодержателя из конечного состояния "включено" в начальное состояние "отключено" осуществляется без снятия зацеплений.

Так как основание рукоятки управления связано неразрывно шарнирно с подвижным контактодержателем через тягу, двуплечий П-образный рычаг и общую ось, то в любой момент выбора раствора с удержанием оператором ручки прекращается разведение контактодержателей, приостанавливается использование энергии пружин.

Наличие конструктивной возможности остановки ручки рукоятки управления после разъединения главных контактов, возвращения ее в положение "включено" и манипулирования между этими положениями.

Удержание ручки рукоятки управления при выборе подвижным контактодержателем под токовой нагрузкой части раствора, величина которой недостаточна для гашения электрической дуги, приводит к выводу из строя механизма свободного расцепления выжиганием главных контактов.

Возвращение ручки рукоятки управления к положению "включено" после предварительного разъединения контактодержателей, разогрева до оплавления дугой за время удержания, приводит к их свариванию при соприкосновении.

Манипулирование ручкой рукоятки управления между положением удержания и "включено" обеспечивает подвижному контактодержателю маятниковый режим, не приводящий к отключению тока, и чревато свариванием либо выжиганием главных контактов.

В связи со сказанным надежность отключения токов при ручном оперировании падает с ростом номинальной величины выключателя, чем ограничивается диапазон применения механизма свободного расцепления, выбранного за прототип. Так, номинальная величина автоматического выключателя ВМ40 - 40 А.

Предлагаемое техническое решение находит путь устранения или уменьшения перечисленных недостатков конструкции известного механизма свободного расцепления автоматического выключателя.

А именно: повысить надежность отключения токов при ручном оперировании, обеспечить ее независимость от физических данных и действий оператора, исключить конструктивную возможность вывода механизма из строя удержанием и манипулированием ручки рукоятки управления, расширить диапазон применения по номинальному току.

Сущность изобретения заключается в том, чтобы не изменяя цепочки шарнирной связи рукоятки управления с подвижным контактодержателем усовершенствовать кинематику механизма при ручном оперировании, предусмотреть высвобождение энергии силовой пружины после потери соприкосновения главных контактов и использовать ее как привод независимого действия для вывода на полный раствор подвижного контактодержателя, в том числе и в определенных условиях удержания ручки рукоятки управления.

Иными словами, сущность изобретения заключается в том, чтобы в любых условиях ручного управления, после разъединения главных контактов, обеспечить независимый процесс их разведения на полный раствор энергией, накопленной силовой пружиной до начала коммутации.

Названное становится выполнимым с дополнением механизма свободного расцепления только в одном полюсе автоматического выключателя как для многополюсного, так и для однополюсного исполнений элементом, изменяющим его кинематику в направлении использования силовой пружины для независимого перевода подвижного контактодержателя после потери соприкосновения с неподвижным в исходное положение "отключено".

Кроме того, названное становится выполнимым с приданием вводимым элементом траверсе подвижного контактодержателя и двуплечому П-образному рычагу, связанным общей подвижной в корпусе осью с подвижным контактодержателем, новых функций, использованием траекторий их движений: траверсы - для перемещения вводимого элемента до сброса им зацепления отключающей подпружиненной рейки с расцепляющим рычагом при ручном отключении; П-образного двуплечего рычага - для возвращения вводимого элемента в исходное состояние при ручном включении.

Для осуществления предлагаемого технического решения согласно изобретению механизм свободного расцепления автоматического выключателя снабжен ┌└

-образной скобой, ┌└-образная скоба выполнена пластинчатой с отверстием в центральной части, помещена центральной частью на подвижный контактодержатель и свободно установлена на общей оси, связывающей шарнирно подвижный контактодержатель с траверсой и плечом П-образного двуплечего рычага.

При этом ┌└

-образная скоба торцом центральной части прилегает к торцу траверсы, а отгибами охватывает: одним - плечо П-образного рычага, другим - траверсу подвижного контактодержателя. Отгиб ┌└-образной скобы, охватывающий траверсу подвижного контактодержателя, образует рабочий зазор с отключающей подпружиненной рейкой такой величины, что взаимодействует с ней после ручной команды на отключение с момента разъединения главных контактов.

Такое дополнение механизма свободного расцепления ┌└

-образной скобой создает условия для надежного сброса одним ее отгибом зацепления отключающей подпружиненной рейки с расцепляющим рычагом и высвобождения энергии силовой пружины сразу после разъединения главных контактов.

В дальнейшем отгиб ┌└

-образной скобы, сбросивший зацепление, не препятствует занятию расцепляющим рычагом, отключающей подпружиненной рейкой исходных положений, связанных с выходом подвижного контактодержателя на полный раствор. А при ручном включении ┌└-образная скоба, взаимодействуя другим отгибом с плечом двуплечего П-образного рычага, разворачивается на общей оси к исходному положению, ее отгиб, охватывающий траверсу подвижного контактодержателя, выходит за отключающую подпружиненную рейку не смещая ее и восстанавливает рабочий зазор а.

Процесс выхода подвижных контактодержателей на полный раствор в других полюсах в случае многополюсного исполнения автоматического выключателя осуществляется за счет энергии силовой пружины каждого полюса, высвобождающейся при сбросе ┌└

-образной скобой зацеплений отключающих подпружиненных реек с расцепляющими рычагами, т. к. при многополюсном исполнении оси фиксирующих отключающих реек соединены планками.

Прекращение удержания ручки рукоятки управления высвобождает энергию ее пружины, приводит к провороту у оси до исходного положения "отключено", развороту на неподвижной оси расцепляющего рычага до схода одного его плеча с поверхности отключающей подпружиненной рейки к месту зацепления и охвату другим плечом траверсы подвижного контактодержателя.

Ручки рукояток управления механизмов свободного расцепления автоматического выключателя многополюсного исполнения связаны жестким общим креплением, поэтому процесс их выхода в сигнальное положение "отключено вручную или автоматически" с прекращением удержания идентичен.

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

Сравнение, проведенное нами с прототипом и другими решениями в области электрических аппаратов, позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняем чертежами.

На фиг. 1 изображен предлагаемый механизм свободного расцепления автоматического выключателя в состоянии "включено".

На фиг. 2 изображена в двух проекциях ┌└

-образная пластинчатая скоба предлагаемого механизма свободного расцепления.

На фиг. 3 - предлагаемый механизм свободного расцепления в "мертвом" положении узлов, играющих роль ломающихся рычагов.

На фиг. 4, 4а - предлагаемый механизм свободного расцепления автоматического выключателя в процессе ручного отключения из состояния "включено" с удержанием ручки рукоятки управления.

На фиг. 5 - то же, в состоянии "отключено вручную либо автоматически".

На фиг. 6 - предлагаемый механизм свободного расцепления в случае двухполюсного исполнения автоматического выключателя, вид с торца.

На фиг. 7 - предлагаемый механизм свободного расцепления в корпусе автоматического выключателя ВА81-29 номинальной величины 63 А, крышка снята.

Предлагаемый механизм свободного расцепления автоматического выключателя содержит рукоятку управления 1 с ручкой 2 и основанием 3, сидящую на оси 4 с пружиной 5, поджимающей ее к корпусу 6 с возможностью разворота, двуплечий П-образный рычаг 7, центром опирающийся на осевые выступы 8 корпуса 6, плечом 9 связанный шарнирно тягой 10 с основанием 3 рукоятки управления 1, а плечом 11 имеющий шарнирную связь через общую ось 12 с подвижным контактодержателем 13, ┌└

-образной пластинчатой скобой 14, выполненной с отверстием 15 в центральной части и двумя отгибами 16 и 17, и с траверсой 18 подвижного контактодержателя, силовую пружину 19, отключающую подпружиненную рейку 20 и расцепляющий двуплечий рычаг 21, свободно сидящий на неподвижной в корпусе оси 22, плечом 23 имеющий возможность входить в зацепление с отключающей подпружиненной рейкой 20, а плечом 24 - с траверсой 18 подвижного контактодержателя (фиг. 1, фиг. 2).

Траверса 18, охватывающая свободный конец 25 подвижного контактодержателя 13, подвижный контактодержатель 13 и ┌└

- образная пластинчатая скоба 14 установлены свободно на общей с плечом 11 двуплечего П-образного рычага 7 подвижной оси 12 с возможностью перемещения вместе с нею и разворота.

При этом ┌└

-образная пластинчатая скоба 14 центральной частью помещена на подвижный контактодержатель 13 и торцом 26 центральной части прилегает к торцу 27 траверсы 18, одним отгибом 16 охватывает траверсу 18 и образует рабочий зазор а с отключающей подпружиненной рейкой 20, другим отгибом 17 - плечо 11 П-образного двуплечего рычага 7.

Величина рабочего зазора а между отгибом 16 ┌ └

-образной пластинчатой скобы 14 и отключающей подпружиненной рейкой 20 конструктивно определена началом их взаимодействия с потерей соприкосновения контактов главной цепи при ручном отключении.

Предложенный механизм свободного расцепления автоматического выключателя работает следующим образом.

При ручном оперировании из конечного состояния "включено".

Конечное состояние "включено" характеризуется наличием запасенной энергии в пружинах силовой 19, контактного нажатия 28 и пружине 5 рукоятки управления 1 (фиг. 1; фиг. 7). Пружина контактного нажатия показана на фиг. 5.

Подвижный контактодержатель 13 одним концом опорно контактирует с неподвижным контактодержателем 29, другим свободным концом 25 через пружину контактного нажатия 28 и траверсу 18 упирается в плечо 24 расцепляющего двуплечего рычага 21, образуя опорное зацепление.

Торец 27 траверсы 18 образует зазор б с торцом 30 свободного конца 25 подвижного контактодержателя 13. Другое плечо 23 расцепляющего двуплечего рычага 21 находится в опорном зацеплении с отключающей подпружиненной рейкой 20.

Ручка 2 рукоятки управления 1 находится в крайнем верхнем сигнальном положении. Ее основание 3 связано шарнирно тягой 10 с плечом 9 двуплечего П-образного рычага 7 в положении, при котором центр отверстия в основании 3, пропускающий тягу 10, лежит выше прямой, соединяющей центр оси рукоятки управления 1 с центром отверстия с тягой в плече 9, т.е. за "мертвым" положением. (На фиг. 1, 3 прямая показана пунктиром).

Основание 3 рукоятки управления 1 с тягой 10 несут функции ломающихся рычагов. Без перевода конца тяги 10, пропущенного в отверстие основания 3 рукоятки управления 1 через "мертвое" положение, невозможно высвобождение энергии пружин для разъединения и разведения главных контактов.

Усилие оператора, приложенное к ручке 2 (фиг. 4; пунктир соответствует фиг. 1), суммируется с усилием сжатой пружины 5 рукоятки управления 1. По достижении заданной величины усилием оперирования суммарное воздействие оказывается достаточным для начала разворота рукоятки управления 1 на оси по часовой стрелке. Ее ручка 2 отходит от стенки корпуса 6, а основание 3 переносит конец тяги 10 к "мертвому" положению (фиг. 3).

Перенос конца тяги 10 к "мертвому" положению сопровождается небольшим по величине разворотом двуплечего П-образного рычага 7 у осевых выступов 8 корпуса 6 по часовой стрелке, т.е. в направлении, противоположном разъединению главных контактов.

Плечо 11 двуплечего П-образного рычага 7 переносит общую ось 12 в направлении плоскости контактирования главных контактов. Смещение общей оси 12 вызывает дополнительную деформацию пружины контактного нажатия 28 в траверсе 18, увеличение зазора б на одном конце 25 подвижного контактодержателя 13 и рост усилия контактирования на другом конце.

Подвижный контактодержатель 13 проворачивается у неподвижного контактодержателя 29. Возрастают опорные усилия зацепления обоих плеч 23 и 24 расцепляющего рычага 21. Рабочий зазор а между отгибом 16 ┌└

-образной скобы 14 и отключающей подпружиненной рейкой 20 увеличивается (фиг. 3).

С ручным поддержанием необходимой величины усилия оперирования рукоятка управления 1 продолжает разворот, перенося основанием 3 конец тяги 10 за "мертвое" положение. Выход центра отверстия основания 3 с концом тяги 10 за "мертвое" положение высвобождает энергию пружины 5 рукоятки управления 1.

Дальнейший разворот не требует участия оператора. Усилием пружины 5 начинается разворот двуплечего П-образного рычага 7 у осевых выступов 8 корпуса 6 против часовой стрелки и продолжается разворот рукоятки управления 1 в направлении отключения. Двуплечий П-образный рычаг 7 сначала проходит состояние, в котором находился до ручного оперирования, его плечо 9 переносит общую ось 12 в направлении разъединения контактодержателей 13 и 29. Возвращаются к исходным величинам контактное нажатие, опорные усилия обоих зацеплений расцепляющего двуплечего рычага 7, зазор б между торцом 27 траверсы 18 и торцом 30 свободного конца 25 подвижного контактодержателя 13 и рабочий зазор а между отгибом 16 ┌└

-образной пластинчатой скобы 14 и отключающей подпружиненной рейкой 20.

Подвижный контактодержатель 13 разворачивается у зацепления траверсы 18 с плечом 24 расцепляющего двуплечего рычага 21. С перемещением общей оси 12 и разворотом подвижного контактодержателя 13 у зацепления траверсы 18 с плечом расцепляющего рычага 21 усилие контактного нажатия падает.

Так как ┌└

-образная скоба 14 выполнена пластинчатой, с отверстием 15 в центральной части, помещена центральной частью на подвижный контактодержатель 13 и пропускает общую ось 12 через это отверстие, то она перемещается общей осью 12 в направлении отключающей подпружиненной рейки 20, сокращая рабочий зазор а между отгибом 16, охватывающим траверсу 18, и отключающей подпружиненной рейкой 20. Выбрав провал, подвижный контактодержатель 13 теряет соприкосновение с неподвижным 29, а отгиб 16 ┌└-образной скобы 14, выбрав рабочий зазор а, взаимодействует опорно с отключающей подпружиненной рейкой 20. Опорное взаимодействие отгиба ┌└-образной скобы с отключающей подпружиненный рейкой 20 приводит к развороту последней на ее оси, т.к. ┌└-образная скоба торцом 26 центральной части прилегает к торцу 27 траверсы 18, что исключает возможность ее разворота у общей оси 12 по часовой стрелке. Развернувшаяся на оси по часовой стрелке отключающая подпружиненная рейка 20 теряет зацепление с плечом 23 расцепляющего рычага 21, высвобождает энергию силовой пружины 19. Усилием силовой пружины 19, приложенным к выступу 31 траверсы 18, она проворачивается на общей оси 12 против часовой стрелки до выбора зазора б и достижения ее торцом 27 торца 30 свободного конца 25 подвижного контактодержателя 13 (фиг. 4). (Зазор б, торцы 27 и 30 см. на фиг. 7).

Траверса 18, воздействуя при этом на плечо 24, суммарным усилием пружины контактного нажатия 28 и силовой пружины 19 резко разворачивает расцепляющий двуплечий рычаг 21 на его оси 22 по часовой стрелке и теряет с ним зацепление.

Удержание от дальнейшего разворота рукоятки управления 1 остановкой оператором ручки 2 не препятствует продолжению разворота у общей оси 12 подвижного контактодержателя 13 усилием силовой пружины 19 до выхода на полный раствор в (фиг. 4а).

Манипуляция ручки 2 рукоятки управления 1 между положениями "включено" и "удержания" после сброса опорных зацеплений плеч 23 и 24 расцепляющего двуплечего рычага 21 не отражается на процессе отключения, т.к. невозможно без опорных зацеплений дослать рукояткой управления 1 подвижный контактодержатель 13 к неподвижному.

Если удержание ручки 2 рукоятки управления 1 продолжается после выхода подвижного контактодержателя 13 на полный раствор в к упору 32, то плечо 23 расцепляющего двуплечего рычага 21 упирается в поверхность 33 отключающей подпружиненной рейки 20, а отгиб 16 ┌└

-образной скобы 14 находится над ее поверхностью 33 (фиг. 4а).

За прекращением удержания ручки 2 следует продолжение разворота пружиной 5 рукоятки управления 1 двуплечего П-образного рычага 7 и перемещения общей оси 12 в прежнем направлении. Подвижный контактодержатель 13 одним концом, вышедшим на полный раствор, проворачивается в точке касания у упора 32, а другим концом 25 с траверсой 18 достигает плеча 23 и разворачивает расцепляющий двуплечий рычаг 21 у его оси 22 против часовой стрелки.

Одно плечо 23 расцепляющего двуплечего рычага 21 уходит с поверхности 33 отключающей подпружиненной рейки 20, а другое плечо 24 охватывает траверсу 18. Выход плеча 23 расцепляющего двуплечего рычага 21 за пределы поверхности 33 отключающей подпружиненной рейки 20 сопровождается ее разворотом собственной пружиной 34 до исходного состояния, в котором поверхность 33 отключающей подпружиненной рейки 20 лежит выше торца 35 плеча 23. Ручка 2 рукоятки управления 1 занимает крайнее сигнальное положение.

Механизм свободного расцепления автоматического выключателя приходит в начальное состояние "отключено вручную или автоматически", фиг. 5.

Ручное отключение автоматического выключателя многополюсного исполнения с удержанием общего крепления 36 ручек 2 происходит идентично, т.к. оси отключающих подпружиненных реек 20 механизмов свободного расцепления связаны планками 37 (фиг. 6). Причем установка ┌└

-образной пластинчатой скобы 14 в любом одном полюсе достаточна для надежности отключения многополюсного автоматического выключателя.

При ручном оперировании из начального состояния "отключено вручную или автоматически" в конечное "включено".

В начальном состоянии "отключено вручную или автоматически" подвижный контактодержатель 13 поджат силовой пружиной 19 к упору 32. Одно плечо 24 расцепляющего двуплечего рычага 21 свободно охватывает с образованием зазора г траверсу 18 подвижного контактодержателя 13, а другое плечо 23 соприкасается с нею и охватывается также свободно отключающей подпружиненной рейкой 20 с образованием зазора д, фиг. 5.

Отгиб 16 ┌└

-образной пластинчатой скобы 14 находится между плечом 23 расцепляющего рычага и отключающей подпружиненной рейкой 20 над ее поверхностью 33.

Траверса 18 развернута усилием пружины контактного нажатия 28 на общей оси 12 относительно подвижного контактодержателя 13. Одной стороной она соприкасается с плечом 23 расцепляющего двуплечего рычага 21, а торцом 27 другой стороны прилегает к торцу 30 свободного конца 25 подвижного контактодержателя 13. Торцы 27 и 30 показаны на фиг. 7.

Усилием оператора, приложенным к ручке 2, рукоятка управления 1 разворачивается на оси 4 против часовой стрелки.

Основание 3 переносит конец тяги 10 в направлении "мертвого" положения. Тяга 10 через плечо 9 проворачивает двуплечий П-образный рычаг 7 у осевых выступов 8 корпуса 6 по часовой стрелке. Плечом 11 двуплечий П-образный рычаг 7 переносит общую ось 12 с подвижным контактодержателем 13, траверсой 18 и ┌└

-образной скобой 14 в направлении соединения главных контактов. Однако в начале переноса общей оси 12 раствор в не уменьшается, т.к. конец 25 подвижного контактодержателя 13 с траверсой 18 имеют зазор г с охватывающим плечом 24 расцепляющего двуплечего рычага 21, до выбора которого другой конец подвижного контактодержателя 13, проворачиваясь у упора 32, не покидает его.

Траверса 18 теряет соприкосновение с плечом 23 и в продолжении переноса общей оси 12, достигая плечо 24, разворачивает расцепляющий двуплечий рычаг 21 у оси 22 по часовой стрелке. Плечо 23 при этом, выбрав зазор д, опорно контактирует с охватывающей его отключающей подпружиненной рейкой 20.

Восстановление опорного зацепления траверсы 18 с плечом 24 расцепляющего двуплечего рычага 21 делает возможным разворот подвижного контактодержателя 13 в месте опорного зацепления.

Наличие опорного зацепления плеча 23 расцепляющего двуплечего рычага 21 с отключающей подпружиненной рейкой позволяет подвижному контактодержателю 13 сближение с неподвижным контактодержателем 29, а силовой пружине 19 накапливать энергию деформации.

Когда конец тяги 10, перемещаемый основанием 3, достигает близости "мертвого" положения, подвижный контактодержатель 13 соприкасается с неподвижным контактодержателем 29, чем устраняется возможность дальнейшего его разворота в месте зацепления.

Отгиб 16 ┌└

-образной пластинчатой скобы 14, движимой общей осью 12, перемещаясь над поверхностью 33 отключающей подпружиненной рейки 20, достигает ее края. С другим отгибом 17 начинает взаимодействовать плечо 11 двуплечего П-образного рычага 7, разворачивая -образную пластинчатую скобу 14 у общей оси 12 по часовой стрелке. При нахождении конца тяги 10, входящего в отверстие основания 3 рукоятки управления 1, в "мертвом" положении отгиб 16, выйдя за край отключающей подпружиненной рейки 20, образует с ней зазор а.

Выход отгиба 16 за край отключающей подпружиненной рейки 20 не приводит к ее развороту даже в случае касания поверхности 33, т.к. ┌└

-образная пластинчатая скоба 14 свободна для разворота против часовой стрелки на общей оси 12.

В "мертвом" положении усилия деформаций пружины контактного нажатия 28 и силовой пружины 19 наибольшие.

Переходом "мертвого" положения конца тяги 10 и основания 3 рукоятки управления, играющих роль ломающихся рычагов, завершается процесс включения.

Ручка 2 рукоятки управления 1 занимает крайнее сигнальное положение "включено". Пружина 5 рукоятки управления 1 и силовая пружина 19 максимально деформированы. Общая ось 12 смещена в направлении отключающей подпружиненной рейки 20 в сравнении с ее местом при "мертвом" положении ломающихся рычагов. Этим смещением общей оси 12, следующим за переходом ломающихся рычагов "мертвого" положения, восстановлены до номинальных значений усилие пружины контактного нажатия 28, усилия обоих опорных зацеплений расцепляющего двуплечего рычага 21 и зазор б между торцом 30 свободного конца 25 подвижного контактодержателя 13 и торцом 27 траверсы 18, определяющий величину провала контактов главной цепи (фиг. 1, фиг. 7).

В автоматическом режиме отключения сверхтоков подвижный контактодержатель 13 предлагаемого механизма свободного расцепления проворачивается силовой пружиной 19 у общей оси 12 и переносится пружиной 5 рукоятки управления 1 вместе с общей осью 12 в направлении выбора раствора.

Предлагаемый механизм свободного расцепления функционирует не требуя дополнительных мер при изменении относительно вертикали положения автоматического выключателя на панели. Независимость восстановления рабочего зазора а между отгибом 16 ┌└

-образной пластинчатой скобы 14 и отключающей подпружиненной рейкой 20 от размещения автоматического выключателя обеспечена тем, что для разворота отключающей подпружиненной рейки 20 отгибом 16 при ручном отключении используется траектория движения траверсы 18, а для восстановления рабочего зазора а при включении другим отгибом 17 используется траектория плеча 11 двуплечего П-образного рычага 7. Используемые траектории движений разнятся протяженностью.

Предлагаемый механизм свободного расцепления автоматического выключателя имеет преимущества по сравнению с прототипом:
- Более высокую надежность отключения токов при подаче команды на отключение рукояткой управления как в однополюсном, так и в многополюсном исполнении.

- Отключение токов при ручном оперировании не зависит от скорости перемещения рукоятки и ее остановки удержанием.

- Не имеет конструктивной возможности вывода из строя путем манипулирования рукояткой управления.

- Отключение токов после подачи команды на отключение рукояткой проходит как автоматическое с использованием пружины силовой и пружины рукоятки.

- Имеет более широкий диапазон применения по номинальной величине выключателя, до 63 А.

На предлагаемый механизм свободного расцепления разработаны чертежи для автоматического выключателя ВА81-29 номинальной величины 63 А.

Ведется подготовка производства для серийного выпуска автоматического выключателя ВА81-29.

Изобретение относится к электроаппаратуростроению, в частности к быстродействующим и токоограничивающим автоматическим выключателям. Механизм свободного расцепления содержит рукоятку с ручкой и основанием, сидящую на оси с пружиной, поджимающей ее к корпусу с возможностью разворота, двуплечий П-образный рычаг, центром опирающийся на осевые выступы корпуса, силовую пружину, а также снабжен ┌└

-образной пластинчатой скобкой с двумя отгибами и отверстием в центральной части, помещенной на подвижный контактодержатель, свободно установленной на общей оси так, что одним отгибом охватывает траверсу, другим - плечо П-образного рычага, образует с отключающей рейкой рабочий зазор такой величины, что взаимодействие с нею наступает с потерей соприкосновения контактов главной цепи при ручном отключении. В предложенном механизме свободного расцепления процессы отключения тока при ручном оперировании и автоматическом срабатывании идентичны по кинематике и уровню надежности. Поднятие надежности отключения токов позволило расширить диапазон применения по номинальной величине выключателя до 63 А. 7 ил.

Механизм свободного расцепления автоматического выключателя, содержащий рукоятку управления с ручкой и основанием, сидящую на оси с пружиной, поджимающей ее к корпусу с возможностью разворота, двуплечий П-образный рычаг, центром опирающийся на осевые выступы корпуса, плечами связанный шарнирно, одним - тягой с основанием рукоятки управления, а другим - общей осью с подвижным контактодержателем и его траверсой, силовую пружину, отключающую подпружиненную рейку и расцепляющий двуплечий рычаг, свободно сидящий на оси в корпусе, одним плечом имеющий возможность входить в зацепление с отключающей подпружиненной рейкой, а другим плечом - с траверсой подвижного контактодержателя, отличающийся тем, что он снабжен [-образной скобкой, которая выполнена пластинчатой с двумя отгибами и с отверстием в центральной части, помещена центральной частью на подвижный контактодержатель и свободно установлена на ее общей с плечом двуплечего П-образного рычага оси так, что одним отгибом охватывает плечо двуплечего П-образного рычага, другим - траверсу подвижного контактодержателя, а торцом центральной части прилегает к торцу траверсы, при этом отгиб, охватывающий траверсу подвижного контактодержателя, образует рабочий зазор с отключающей подпружиненной рейкой такой величины, что взаимодействие с ней наступает с потерей соприкосновения контактов главной цепи при ручном отключении.