АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК H01H73/48 H01H75/12 

Изобретение относится к низковольтному аппаратостроению, в частности к конструкции автоматических выключателей, предназначенных для защиты от перегрузок и коротких замыканий электрических цепей. Изобретение может использоваться в автоматических выключателях как с ручным, так с силовым приводом устройства повторного включения выключателя.

Известны автоматические выключатели, содержащие корпус с крышкой, механизм свободного расцепления с отключающей рейкой, контактную систему с дугогасительными камерами, тепловой и электромагнитный расцепители максимального тока в каждом полюсе, см., например, автоматический выключатель по патенту РФ N2095875, М.кл. H 01 H 73/48.

Наиболее близким к заявляемому решению является конструкция автоматического выключателя серии АП50Б, ТУ 16-522.139-78. Автоматические выключатели серии АП50Б (см. сборочный чертеж ИКЖШ 641253.025 СБ) содержат кожух, имеющий основание и крышку, внутри которого расположена контактная система, состоящая из неподвижного и подвижного контактов, с дугогасительными камерами. Каждый полюс автоматического выключателя имеет тепловой расцепитель, выполненный в виде биметаллической пластины с отключающим элементом, и электромагнитный расцепитель в виде магнитопровода с катушкой и отключающим элементом. Срабатывание автоматического выключателя осуществляется с помощью механизма свободного расцепления, имеющего отключающую рейку в виде двуплечего рычага, на одно плечо которого воздействует отключающий элемент теплового расцепителя, а на другое плечо - отключающий элемент электромагнитного расцепителя. При этом подвижный контакт соединен с помощью гибкого соединения с тепловым расцепителем и через шунтирующий элемент - с катушкой электромагнитного расцепителя.

Недостатком известных выключателей является высокая материалоемкость, значительные габариты выключателей, что обусловлено наличием двух расцепителей - теплового и электромагнитного, а главное - недостаточная надежность и точность работы, так как основным элементом, определяющим срабатывание выключателя, является термобиметаллическая пластина. Электромеханические характеристики термобиметаллической пластины имеют недопустимо большой разброс, даже в пределах одного рулона ленты, что приводит к нестабильности характеристик выключателей.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение - создание малогабаритного выключателя, обладающего высокой точностью и надежностью срабатывания и имеющего низкую материалоемкость.

Заявляемый автоматический выключатель содержит основание и крышку кожуха, дугогасительную камеру, подвижный и неподвижный контакты, расцепитель максимального тока, воздействующий через отключающую рейку на механизм свободного расцепления. Новым в выключателе является то, что расцепитель максимального тока выполнен в виде магнитопровода с катушкой, навитой на каркасе. Внутри каркаса катушки расположен герметизированный ферромагнитный резервуар с термочувствительной жидкостью и подпружиненным стержнем. Конец стержня выступает за пределы ферромагнитного резервуара и имеет возможность воздействия на отключающую рейку механизма свободного расцепления. Ферромагнитный резервуар также имеет возможность воздействия на отключающую рейку через втулку, свободно надетую на выступающий конец стержня. Длину втулки выбирают таким образом, чтобы в нерабочем состоянии выключателя верхний конец втулки имел зазор относительно торца ферромагнитного резервуара, а нижний конец опирался на подпружиненную отключающую рейку и обеспечивалось раздельное срабатывание расцепителя при токах короткого замыкания и токах перегрузки.

Расцепитель снабжен регулировочными узлами для регулирования срабатывания выключателя при токах короткого замыкания и токах перегрузки.

Подвижный контакт выключателя соединен короткой перемычкой непосредственно с катушкой магнитопровода. Отключающая рейка выключателя выполнена в виде одноплечего рычага.

Регулировочный узел для регулирования срабатывания выключателя при токах перегрузки может быть выполнен в виде пустотелого цилиндрического хвостовика, которым снабжен ферромагнитный резервуар со стороны, противоположной выступающему концу стержня. В резьбовом отверстии внутри хвостовика расположен регулировочный винт, который имеет возможность воздействия на стержень через кольцевое уплотнение, расположенное в отверстии хвостовика.

Регулировочный узел регулирования срабатывания выключателя при токах короткого замыкания выполнен в виде пружины, которая надета на цилиндрический выступ каркаса катушки и цилиндрический пустотелый хвостовик ферромагнитного резервуара, и зафиксирована на них с помощью колпачка и регулировочной гайки, расположенной на конце хвостовика.

По пункту 4 формулы узел для регулирования срабатывания выключателя при токах короткого замыкания выполнен в виде плоской, изогнутой пружины, имеющей с одной стороны прорезь. Прорезь пружины установлена в кольцевом пазу, выполненном на конце цилиндрического хвостовика ферромагнитного резервуара, средняя часть пружины расположена в пазу магнитопровода, опираясь на него, а второй конец пружины поджат с помощью винта к магнитопроводу, создавая при этом противодействие перемещению ферромагнитного резервуара при прохождении тока через выключатель.

Наличие в предлагаемой конструкции указанных элементов и их взаимное расположение позволили создать автоматический выключатель, который при малых габаритах и материалоемкости обеспечивает надежное отключение электрической цепи, как при токах короткого замыкания, так и при токах перегрузки.

При токах короткого замыкания переменное магнитное поле, создаваемое проходящим по обмотке катушки током, создает усилие, перемещающее ферромагнитный резервуар в сторону отключающей рейки механизма свободного расцепления. Передача усилия от резервуара на отключающую рейку механизма свободного расцепления осуществляется с помощью втулки, надетой на расположенный внутри резервуара стержень. Срабатывание расцепителя происходит практически мгновенно. Термочувствительная жидкость при этом не успевает нагреться и стержень, расположенный внутри ферромагнитного резервуара, служит направляющей для втулки.

При токах перегрузки создается магнитное поле, недостаточное для преодоления сопротивления пружины, удерживающей ферромагнитный резервуар, и он остается неподвижным. Протекающий через катушку ток, трансформируясь в стенках ферромагнитного резервуара, нагревает его до температуры, пропорциональной величине тока катушки. Резервуар заполнен термочувствительной жидкостью, которая за счет объемного расширения при нагреве перемещает стержень в сторону отключающей рейки. В качестве термочувствительной жидкости может быть выбрана, например, полиметилсилоксановая жидкость, которая имеет постоянный коэффициент объемного расширения в диапазоне температур от -40 до +140^oС (ГОСТ 13032-77. Жидкости полиметилсилоксановые. Технические условия). Предлагаемая конструкция позволяет развить на стержне любое необходимое усилие, обеспечивая гарантированное срабатывание выключателя при токах перегрузки.

Отказ от биметаллического теплового расцепителя, который в настоящее время является наиболее применяемым в автоматических выключателях, позволяет значительно снизить затраты на изготовление выключателя. Выключатель позволяет производить раздельную регулировку срабатывания при токах короткого замыкания и токах перегрузки. Разработанный выключатель имеет малые габариты, высокую надежность и точность работы.

На фиг.1 изображен предлагаемый автоматический выключатель.

На фиг.2 - узел расцепителя максимального тока, выполненный в соответствии с пунктами 2 и 3 формулы изобретения.

На фиг.3 - узел расцепителя максимального тока по пункту 4 формулы.

Предлагаемый автоматический выключатель состоит из основания 1 и крышки 2 кожуха, внутри которых размещены выводы выключателя 3, неподвижный 4 и подвижный 5 контакты, дугогасительная камера 6, расцепитель максимального тока 7, воздействующий через отключающую рейку 8 на механизм свободного расцепления 9 с кнопкой включения 10 и отключения 11. Расцепитель максимального тока 7 (см. фиг.2) выполнен в виде магнитопровода 12 с катушкой 13, навитой на каркасе 14. Внутри каркаса катушки расположен герметизированный с помощью уплотняющих элементов 15 ферромагнитный резервуар 16 с термочувствительной полиметилсилоксановой жидкостью 17. Внутри ферромагнитного резервуара размещен стержень 18, который подпружинен пружиной 19 к торцу резервуара и герметизирован с помощью уплотняющих элементов. Конец стержня выступает за пределы ферромагнитного резервуара и имеет возможность воздействия на отключающую рейку 8 механизма свободного расцепления. Отключающая рейка выполнена в виде одноплечего рычага. На выступающий конец стержня 18 свободно надета втулка 20, которая в нерабочем состоянии автоматического выключателя одним концом опирается на подпружиненную отключающую рейку, при этом между верхним концом втулки 20 и торцом ферромагнитного резервуара 16 имеется зазор. В автоматическом выключателе подвижный контакт 5 соединен с катушкой магнитопровода 13 короткой перемычкой 21 (см. фиг.1). Расцепитель максимального тока снабжен регулировочными узлами срабатывания выключателя при токах короткого замыкания и токах перегрузки. Регулировочный узел срабатывания выключателя при токах перегрузки регулирует перемещение стержня ферромагнитного резервуара. Узел включает (фиг.2) пустотелый цилиндрический хвостовик 22, который расположен на ферромагнитном резервуаре со стороны, противоположной выступающему концу стержня. Внутри хвостовика выполнено резьбовое отверстие, в котором находится регулировочный винт 23 с возможностью воздействия на верхний торец стержня через уплотнение 24. Регулировочный узел для регулирования срабатывания выключателя при токах короткого замыкания создает дозированное противодействие перемещению ферромагнитного резервуара 16, который выполняет функцию якоря. Узел включает (фиг.2) пружину 25, которая надета на цилиндрический хвостовик 22 и цилиндрический выступ каркаса катушки 14. Пружина фиксируется на них с помощью колпачка 26. Узел снабжен регулировочной гайкой 27, которая расположена на конце хвостовика.

По варианту выполнения регулировочного узла в соответствии с п.4 формулы регулировочный узел включает следующие элементы (фиг.3). Цилиндрический хвостовик ферромагнитного резервуара имеет на своем конце кольцевой паз 28. На магнитопроводе 12 установлена плоская, изогнутая пружина 29 с прорезью на конце. Прорезь пружины входит в кольцевой паз 28 хвостовика, средняя часть пружины расположена в пазу 30 магнитопровода, опираясь на него. Второй конец пружины поджат с помощью винта 31 к магнитопроводу, создавая усилие на другом конце.

Автоматический выключатель работает следующим образом.

Нажатием кнопки включения 10 неподвижный 4 и подвижный 5 контакты приводят в соприкосновение. При этом через выключатель протекает ток от вывода 3 через неподвижный контакт 4, подвижный контакт 5, короткую перемычку 21, катушку магнитопровода 13 на второй вывод выключателя. При нормальном режиме работы выключателя ферромагнитный резервуар, выполняющий функцию якоря, находится в верхнем положении в каркасе катушки, стержень ферромагнитного резервуара втянут в полость резервуара и удерживается в нем с помощью пружины 19. Втулка 20, свободно надетая на стержень 18, опирается на подпружиненную отключающую рейку 8, выступая над концом стержня. Регулировка срабатывания выключателя при токах перегрузки происходит следующим образом. При протекании по катушке 13 электромагнита номинального тока термочувствительная жидкость нагревается до температуры, определяемой установившимся процессом теплопередачи с окружающей средой. При этом за счет расширения жидкости происходит некоторое выдвижение стержня 18, который преодолевает сопротивление пружины стержня 19. При токах перегрузки температура ферромагнитного резервуара, а следовательно, и термочувствительной жидкости, повышается и стержень 18 дополнительно перемещается в направлении отключающей рейки. Срабатывание расцепителя при токах перегрузки происходит в момент достижения стержнем 18 отключающей рейки 8. Перемещением регулировочного винта 23 в направлении к торцу стержня 18 добиваются срабатывания механизма свободного расцепления при определенных токах перегрузки. В дальнейшем срабатывание выключателя при определенном токе перегрузки будет осуществляться в заданное время.

При токах перегрузки, протекающих через катушку 13, стержень 18 перемещается на определенную регулировкой величину и воздействует через отключающую рейку 8 на механизм свободного расцепления 9. При срабатывании механизма свободного расцепления 9 катушка 13 обесточивается. Термочувствительная жидкость 17 остывает, сжимается и стержень 18 под воздействием пружины 19 возвращается в исходное положение до упора в уплотнение 24. Ферромагнитный резервуар 16 при этом остается неподвижным.

Регулировка срабатывания выключателя при токах короткого замыкания происходит следующим образом. Перемещением регулировочной гайки 27 создают дозированное усилие пружины 25, которое с помощью цилиндрического хвостовика 22 передается ферромагнитному резервуару 16, как противодействующее перемещению последнего в сторону отключающей рейки.

При токах короткого замыкания за счет магнитного поля катушки 13 ферромагнитный резервуар преодолевает дозированное усилие пружины 25 и перемещается внутри катушки в направлении отключающей рейки 8. При этом, благодаря зазору между торцом ферромагнитного резервуара 16 и втулки 20, свободно расположенной на стержне 18, происходит резкое воздействие втулки на отключающую рейку и срабатывание механизма свободного расцепления выключателя. Возврат ферромагнитного резервуара 16 в исходное положение осуществляется с помощью пружины 25. Возврат выключателя во включенное положение осуществляется с помощью кнопки включения 10.

Регулировка срабатывания выключателя при токах короткого замыкания может осуществляться с помощью регулировочного узла, показанного на фиг. 3. В этом случае дозированное усилие плоской пружины 29 создается перемещением винта 31 к магнитопроводу. При этом ферромагнитный резервуар 16 удерживается в катушке магнитопровода силой, противодействующей его перемещению. Регулировочный узел имеет простую и надежную конструкцию, обеспечивает точность регулировки.

Изобретение относится к низковольтному аппаратостроению и предназначено для защиты от перегрузок и коротких замыканий электрических цепей. Изобретение решает задачу уменьшения габаритов выключателя, повышения точности и надежности срабатывания и снижения материалоемкости. Выключатель содержит кожух, дугогасительную камеру, неподвижный и подвижный контакты и расцепитель максимального тока, который выполнен в виде магнитопровода с катушкой. Внутри каркаса катушки расположен ферромагнитный резервуар с термочувствительной жидкостью и подпружиненным стержнем. Конец стержня может воздействовать на отключающую рейку механизма свободного расцепления через втулку, свободно надетую на выступающий конец стержня. Верхний конец втулки имеет зазор относительно торца ферромагнитного резервуара, а нижний конец опирается на отключающую рейку, выполненную в виде одноплечего рычага. Подвижный контакт соединен с катушкой магнитопровода короткой перемычкой. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Автоматический выключатель, содержащий основание и крышку кожуха, дугогасительную камеру, неподвижный и подвижный контакты, расцепитель максимального тока, воздействующий через отключающую рейку на механизм свободного расцепления, отличающийся тем, что расцепитель максимального тока выполнен в виде магнитопровода с катушкой, навитой на каркасе, внутри которого расположен герметизированный ферромагнитный резервуар с термочувствительной жидкостью и размещенным в нем подпружиненным стержнем, конец которого выступает за пределы ферромагнитного резервуара и имеет возможность воздействия на отключающую рейку механизма свободного расцепления, а ферромагнитный резервуар имеет возможность воздействия на отключающую рейку через втулку, свободно надетую на выступающий конец стержня, причем длину втулки выбирают таким образом, чтобы в нерабочем состоянии выключателя верхний конец втулки имел зазор относительно торца ферромагнитного резервуара, а нижний конец опирался на подпружиненную отключающую рейку и обеспечивалось раздельное срабатывание при токах короткого замыкания и токах перегрузки, при этом расцепитель снабжен регулировочными узлами срабатывания выключателя при токах короткого замыкания и токах перегрузки, а подвижный контакт соединен непосредственно с катушкой магнитопровода короткой перемычкой и отключающая рейка выполнена в виде одноплечего рычага. 2. Автоматический выключатель по п. 1, отличающийся тем, что регулировочный узел срабатывания выключателя при токах перегрузки выполнен в виде пустотелого цилиндрического хвостовика, которым снабжен ферромагнитный резервуар со стороны, противоположной выступающему концу стержня, и регулировочного винта, расположенного в резьбовом отверстии внутри хвостовика с возможностью воздействия на стержень через уплотнение. 3. Автоматический выключатель по п. 1, отличающийся тем, что регулировочный узел срабатывания выключателя при токах короткого замыкания выполнен в виде пружины, которая надета на цилиндрический выступ каркаса катушки и цилиндрический пустотелый хвостовик ферромагнитного резервуара и зафиксирована на них с помощью колпачка, при этом узел снабжен регулировочной гайкой, расположенной на конце хвостовика. 4. Автоматический выключатель по п. 1, отличающийся тем, что регулировочный узел срабатывания выключателя при токах короткого замыкания выполнен в виде плоской изогнутой пружины с прорезью на конце, установленной так, что прорезь конца пружины размещена в кольцевом пазу, выполненном на конце цилиндрического хвостовика ферромагнитного резервуара, средняя часть пружины расположена в пазу магнитопровода, опираясь на него, а второй конец пружины поджат с помощью винта к магнитопроводу, создавая при этом противодействие перемещению ферромагнитного резервуара.