КОММУТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2013 года по МПК H01H71/24 

Изобретение относится к коммутационному устройству в соответствии с родовым понятием пункта 1 формулы изобретения.

Известны коммутационные устройства, которые в случае короткого замыкания в электрической сети отделяют ее от питающей сети, чтобы предотвратить дальнейшую подачу тока. Поэтому такие коммутационные устройства содержат так называемый расцепитель тока короткого замыкания, при срабатывании приводящий в действие механический размыкатель, который размыкает коммутирующие контакты коммутационного устройства и предотвращает дальнейшее прохождение тока. При этом, как правило, расцепитель тока короткого замыкания механически воздействует на механический расцепляющий механизм размыкателя.

Расцепители тока короткого замыкания выполнены в виде электромагнитного устройства, например в виде продолговатой цилиндрической катушки, внутри которой расположен подвижный якорь. В случае короткого замыкания ток достигает силы в несколько тысяч ампер, что приводит к перемещению якоря, который приводит в действие размыкатель. Недостатками таких расцепителей тока короткого замыкания, включающих в себя продолговатую цилиндрическую катушку, являются сложная конструкция, что вызывает сложность изготовления, и установка якоря внутри катушки.

В DE 102006005697 А1 описано устройство для срабатывания коммутационного устройства, выполненное в виде расцепителя тока короткого замыкания с U-образной скобой, которая расположена в зоне входного зажима и приводит в действие притягивающийся якорь. Из DE 10036352 А1 известен магнитный расцепитель для защитных автоматов с U-образной скобой и притягивающимся якорем. В US 4691182 А раскрыт защитный автомат с регулируемым магнитным расцепителем.

Задачей изобретения является создание коммутационного устройства описанного выше рода, которое позволило бы избежать перечисленных недостатков и которое имело бы простую конструкцию.

Эта задача решается признаками пункта 1 формулы.

Согласно изобретению предложено коммутационное устройство, имеющее простую конструкцию. По сравнению с уровнем техники такая конструкция может изготавливаться с гораздо большими допусками, причем обеспечиваются полная функция и безопасность в эксплуатации. Поэтому такое коммутационное устройство может рентабельно изготавливаться на простых станках.

Зависимые пункты формулы, которые, как и пункт 1, являются частью описания, касаются других предпочтительных вариантов осуществления изобретения.

Изобретение более подробно поясняется со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых в качестве примера изображены лишь предпочтительные варианты его осуществления. На чертежах изображено:

- фиг.1: предпочтительный вариант выполнения предложенного коммутационного устройства в аксонометрическом разобранном виде;

- фиг.2: предпочтительный вариант выполнения расцепителя тока короткого замыкания и расцепителя максимального тока вместе с первым коммутирующим контактом в аксонометрическом виде и частично в разрезе;

- фиг.3: устройство из фиг.2 в аксонометрическом виде и не в разрезе;

- фиг.4: подробность устройства из фиг.2 при виде сбоку;

- фиг.5: устройство из предпочтительного варианта выполнения расцепителя тока короткого замыкания и расцепителя максимального тока с размыкателем при виде сбоку;

- фиг.6: предпочтительный вариант выполнения пружины притягивающегося якоря при виде сверху;

- фиг.7: устройство из фиг.2 при виде сверху.

На фиг.1 изображено коммутационное устройство 1, выполненное, в частности, в виде силового выключателя и содержащее по меньшей мере один входной 2 и по меньшей мере один выходной 3 зажимы для присоединения электрических проводов, а также первый 4 и второй коммутирующие контакты, которые в замкнутом положении замыкают цепь тока между входным 2 и выходным 3 зажимами, причем предусмотрены размыкатель 5 для размыкания первого 4 и второго коммутирующих контактов и расцепитель 7 тока короткого замыкания, который для срабатывания размыкателя 5 находится в механическом взаимодействии с ним, расположен в зоне по меньшей мере одного входного зажима 2 и содержит по меньшей мере одну U-образную скобу 8 и подвижный притягивающийся якорь 9.

Таким образом, предложено коммутационное устройство 1, имеющее простую конструкцию. По сравнению с уровнем техники такая конструкция может изготавливаться с гораздо большими допусками, причем обеспечиваются полная функция и безопасность в эксплуатации. Поэтому такое коммутационное устройство 1 может рентабельно изготавливаться на простых станках.

На фиг.1 изображены узлы предпочтительного варианта выполнения коммутационного устройства 1 в качестве линейного защитного автомата. Он выполнен с тремя коммутируемыми трактами или цепями тока, причем может быть задано любое число коммутируемых трактов или коммутируемых цепей тока. Предпочтительно коммутационное устройство 1 выполнено с одной, двумя, тремя или четырьмя цепями тока. В соответствии с числом цепей тока предусмотрено такое же число входных 2 и выходных 3 зажимов. На чертеже изображены лишь неподвижные детали входных 2 и выходных 3 зажимов. Как правило, входные 2 и выходные 3 зажимы содержат дополнительно к изображенным деталям соответственно по меньшей мере один зажимной винт и предпочтительно по меньшей мере одну подвижную за счет зажимного винта зажимную колодку.

Коммутационное устройство 1 содержит диэлектрический корпус, который в предпочтительном варианте состоит из нижней 23 и верхней 24 половин. По меньшей мере один первый коммутирующий контакт 4 в замкнутом положении прилегает по меньшей мере к одному второму коммутирующему контакту, который в изображенном варианте расположен внутри узла дугогасительной камеры 25.

Коммутационное устройство 1 содержит расцепитель 7 тока короткого замыкания. На фиг.1-4 изображен особенно предпочтительный вариант выполнения устройства из описанных ниже расцепителя 6 максимального тока и расцепителя 7 тока короткого замыкания, причем расцепитель 7 тока короткого замыкания может быть предусмотрен без расцепителя 6 максимального тока.

Расцепитель 7 тока короткого замыкания состоит из U-образной скобы 8 и притягивающегося якоря 9, причем скоба 8 закреплена на первом проводнике 10 цепи тока, который соответствует преимущественно входному зажиму 2 и/или выходному зажиму 3.

В случае короткого замыкания токи через коммутационное устройство 1 настолько высокие, что скоба 8 притягивает притягивающийся якорь 9, в результате чего второй рычаг 12 притягивающегося якоря 9 отклоняется, причем этот второй рычаг 12 притягивающегося якоря 9 вызывает дальнейшее срабатывание размыкателя 5 и, следовательно, размыкание коммутирующих контактов 4.

Предпочтительно скоба 8 склепана с первым проводником 10 посредством по меньшей мере одной заклепки 30, причем скоба 8 может быть также соединена винтовым соединением или сварена с ним. Скоба 8 изготовлена из материала, вызывающего фокусирование и/или усиление электромагнитного действия, преимущественно пара- или ферромагнитного материала, например железа, нержавеющей стали или так называемой электротехнической стали.

На скобе 8 с возможностью вращения установлен притягивающийся якорь 9, причем скоба 8 имеет для этого два опорных отверстия 31, через которые проходит ось вращения 17 притягивающегося якоря 9. Такая конструкция очень просто изготавливается, а также очень просто и гибко настраивается и поэтому может изготавливаться с большими производственными допусками. Притягивающийся якорь 9 имеет в предпочтительном варианте выполнения первый 11 и второй 12 рычаги, причем первый рычаг 11 имеет контактную поверхность 13 для контакта со скобой 8, а второй рычаг 12 выполнен в виде расцепляющего продолжения 14 для по меньшей мере промежуточного срабатывания размыкателя 5.

Контактная поверхность 13 выполнена предпочтительно плоской, причем она может быть выполнена за одно целое с притягивающимся якорем 9. Однако, как и в изображенном варианте, может быть предусмотрено, что притягивающийся якорь 9 имеет контактную деталь 32, а контактная поверхность 13 является частью контактной детали 32. При этом контактная деталь 32 закреплена преимущественно на первом рычаге 11, в частности, приклепана к нему. Предпочтительно предусмотрено, что по меньшей мере контактная деталь 32 изготовлена из материала в соответствии с материалами скобы 8.

Второй рычаг 12 по форме и размеру выполнен таким образом, что он для срабатывания размыкателя 5 в случае короткого замыкания либо непосредственно воздействует на него, либо перемещает по меньшей мере один отклоняющий рычаг 26 таким образом, что он приводит в действие размыкатель, как это более подробно описано ниже. Второй рычаг 12, выполненный в виде расцепляющего продолжения 14 по меньшей мере для промежуточного срабатывания размыкателя 5, в предпочтительном варианте выполнения коммутационного устройства 1 воздействует на размыкатель 5 не непосредственно, а через отклоняющий рычаг 26. Притягивающийся якорь 9, в частности второй рычаг 12, изготовлен из немагнитного материала, преимущественно меди или алюминия.

Притягивающийся якорь 9 удерживается пружиной 15 притягивающегося якоря в состоянии покоя, как показано на фиг.3, в котором притягивающийся якорь 9 отстоит от U-образной скобы 8. При этом состоянием покоя называется положение притягивающегося якоря 9, которое он занимает без короткого замыкания в сети. В частности, в исходном положении второй рычаг 12 прижат к упору 16, а первый рычаг 11 отжат от скобы 8. Упор 16 образован продолжением 21, которое скоба 8 имеет в направлении протяженности второго рычага 12. Такая конструкция позволяет интегрировать в скобу 8 несколько функций, причем можно отказаться от дополнительных деталей.

В качестве пружины 15 притягивающегося якоря может быть предусмотрен любой тип пружины, например пластинчатая пружина, винтовая пружина или торсионная пружина. При этом пружина 15 выполнена предпочтительно в виде торсионной пружины, расположенной вокруг оси 17 вращения притягивающегося якоря 9. За счет расположения торсионной пружины вокруг оси вращения можно надежно исключить потерю пружины 15, что вызвало бы нарушение функции коммутационного устройства 1. На втором рычаге 12 притягивающегося якоря 9 расположено продолжение 21, на которое воздействует первое плечо 18 пружины 15 притягивающегося якоря. Второе плечо 35 пружины 15 притягивающегося якоря закреплено на скобе 8, причем может быть, в частности, предусмотрено, что скоба 8 имеет для этого гнездо 36 для плеча 35 пружины притягивающегося якоря. Это показано на фиг.5.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения (не показан) предусмотрена пружина сжатия, которая прижимает притягивающийся якорь 9 к скобе 8. За счет этого переменного тока в типичных питающих сетях не происходит вибраций или гудения, которое было бы вызвано постоянным перемещением притягивающегося якоря 9 между коленами скобы 8. При этом предпочтительно предусмотрено, что пружина сжатия действует в направлении оси 17 вращения притягивающегося якоря 9, в результате чего может быть достигнута, в основном, лишенная момента сжимающая нагрузка притягивающегося якоря 9. Этим можно предотвратить перекос якоря 9, что ограничило бы его подвижность.

Особенно предпочтительно и, как показано особенно на фиг.6 и 7, предусмотрено, что пружина 15 притягивающегося якоря и пружина сжатия выполнены как одно целое. За счет выполнения пружины 15 притягивающегося якоря в виде комбинированной пружины сжатия и торсионной пружины она нагружает притягивающийся якорь 9 в направлении оси 17 его вращения к скобе 8. На фиг.6 изображен особенно предпочтительный вариант такой пружины 15 притягивающегося якоря, выполненной в виде комбинированной пружины сжатия и торсионной пружины, в основном, в ослабленном состоянии. Средняя часть 37 пружины 15 притягивающегося якоря в форме винтовой линии действует при этом также в качестве пружины сжатия. На фиг.7 изображено устройство из расцепителя 7 тока короткого замыкания и расцепителя 6 максимального тока, причем предусмотрена пружина 15 притягивающегося якоря из фиг.6. Хорошо видно, как средняя часть 37 пружины 15 притягивающегося якоря в форме винтовой линии сжата по сравнению с ослабленным состоянием на фиг.6, причем пружина 15 притягивающегося якоря, выполненная в виде комбинированной пружины сжатия и торсионной пружины, прижимает или нагружает притягивающийся якорь 9 к скобе 8. Кроме того, этим можно гарантировать, что притягивающийся якорь 9 будет прижат к упору 16 и не сможет отойти от него.

Предпочтительно предусмотрено, что предложенное коммутационное устройство помимо расцепителя тока короткого замыкания содержит также расцепитель 6 максимального тока. Тот включает в себя биметаллический элемент 22, который закреплен предпочтительно на первом проводнике 10, причем особенно предпочтительно предусмотрено, что биметаллический элемент 22 приклепан к первому проводнику 10 по меньшей мере одной заклепкой 30. Другой конец биметаллического элемента 22, противоположный месту его закрепления на первом проводнике 10, соединен с гибким проводником 20, соединенным с контактодержателем 33, на котором расположены первые коммутирующие контакты 4. В изображенном предпочтительном варианте через биметаллический элемент 22 непосредственно течет ток, т.е. он сам является частью цепи тока и нагревается непосредственно им. Однако может быть предусмотрено, чтобы биметаллический элемент 22 нагревался полностью или дополнительно опосредованно за счет расположения на нем проводника, через который течет ток. По мере нагрева биметаллического элемента 22 за счет прохождения тока он все больше сгибается. При заданной степени изгиба биметаллического элемента 22, которая пропорциональна заданному нагреву сети, он перемещает расцепляющее продолжение 28 отклоняющего рычага 26, которое, как уже сказано, вызывает дальнейшее срабатывание размыкателя 5 и, следовательно, размыкание коммутирующих контактов 4. В изображенном на фиг.1-4 предпочтительном варианте коммутационного устройства 1 далее предусмотрено, что биметаллический элемент 22 расположен в U-образной выемке скобы 8, за счет чего достигается особенно компактная конструкция расцепителя 6 максимального тока вместе с расцепителем 7 тока короткого замыкания.

Расцепитель 6 максимального тока и/или расцепитель 7 тока короткого замыкания воздействует на размыкатель 5 не непосредственно, а через отклоняющий рычаг 26, имеющий по меньшей мере одно управляющее 28 и по меньшей мере одно исполнительное 29 продолжения, как это показано на фиг.5. В предпочтительном варианте выполнения коммутационного устройства 1 второй рычаг 12 притягивающегося якоря 9 воздействует на управляющее продолжение 28 отклоняющего рычага 26. На каждый коммутируемый тракт предусмотрено одно управляющее продолжение 28. Исполнительное продолжение 29 предназначено для срабатывания размыкателя 5.

В изображенном особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения на фиг.5 размыкатель 5 выполнен в виде коммутирующего замка. Он является аккумулирующим энергию связующим звеном между исполнительным рычагом 27 и коммутирующими контактами 4. В данном выполнении коммутирующий замок на первом этапе натягивается за счет движения исполнительного рычага 27 в первом направлении, причем натягивается пружинный аккумулятор энергии, который при срабатывании коммутирующего замка обеспечивает быстрое и надежное размыкание коммутирующих контактов 4. Процесс натяжения заканчивается за счет фиксации защелки с неподвижной частью коммутирующего замка. На втором этапе коммутирующие контакты замыкаются за счет движения исполнительного рычага 27 во втором направлении. Фиксированное соединение защелки с неподвижной частью коммутирующего замка выполнено таким образом, что заданное движение защелки в заданном направлении разблокирует коммутирующий замок, в результате чего пружинный аккумулятор энергии отпускается и коммутирующие контакты 4 размыкаются. Такой предпочтительно используемый коммутирующий замок описан, например, в DE 4227213 А1 и DE 4442417 С1. Если отклоняющий рычаг 26 движется за счет движения расцепителя 6 максимального тока и/или расцепителя 7 тока короткого замыкания, в частности за счет движения притягивающегося якоря 9 и/или биметаллического элемента 22, то после заданного движения отклоняющего рычага 26 исполнительное продолжение 29 входит в зацепление с защелкой и перемещает ее настолько, что фиксированное соединение с неподвижной частью коммутирующего замка ослабляется, в результате чего коммутирующий замок разблокируется, пружинный аккумулятор энергии отпускается и коммутирующие контакты 4 размыкаются.

Другие варианты осуществления изобретения имеют лишь часть описанных признаков, причем может быть предусмотрена их любая комбинация, в частности, также различных описанных вариантов.

Коммутационное устройство (1) содержит по меньшей мере один входной зажим (2) и по меньшей мере один выходной зажим (3) для присоединения электрических проводов, а также первый и второй коммутирующие контакты (4), которые в замкнутом положении замыкают цепь тока между входным зажимом (2) и выходным зажимом (3). В устройстве предусмотрены размыкатель (5) для размыкания первого коммутирующего контакта и второго коммутирующего контакта и расцепитель (7) тока короткого замыкания, находящийся в механическом взаимодействии с размыкателем (5) для его срабатывания и расположенный в зоне по меньшей мере одного входного зажима (2). Расцепитель (7) содержит по меньшей мере одну U-образную скобу (8) и подвижный притягивающийся якорь (9), нагружаемый пружиной сжатия к U-образной скобе (8). При этом пружина сжатия действует в направлении оси (17) вращения притягивающегося якоря (9). Технический результат - упрощение конструкции, которая не требует установки якоря внутри катушки. 15 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Коммутационное устройство (1), содержащее по меньшей мере один входной зажим (2) и по меньшей мере один выходной зажим (3) для присоединения электрических проводов, а также первый коммутирующий контакт (4) и второй коммутирующий контакт, причем коммутирующие контакты (4) в замкнутом положении замыкают цепь тока между входным зажимом (2) и выходным зажимом (3), причем предусмотрены размыкатель (5) для размыкания первого коммутирующего контакта (4) и второго коммутирующего контакта и расцепитель (7) тока короткого замыкания, находящийся при функционировании в механическом взаимодействии с размыкателем (5) для его срабатывания и расположенный в зоне по меньшей мере одного входного зажима (2), причем расцепитель (7) тока короткого замыкания содержит по меньшей мере одну U-образную скобу (8) и подвижный притягивающийся якорь (9), отличающееся тем, что предусмотрена пружина сжатия, которая нагружает притягивающийся якорь (9) к U-образной скобе (8), при этом пружина сжатия действует в направлении оси (17) вращения притягивающегося якоря (9).

2. Коммутационное устройство по п.1, отличающееся тем, что U-образная скоба (8) закреплена на первом проводнике (10) цепи тока, при этом первый проводник (10) соответствует входному зажиму (2) и/или выходному зажиму (3).

3. Коммутационное устройство по п.1, отличающееся тем, что притягивающийся якорь (9) установлен на U-образной скобе (8) с возможностью вращения.

4. Коммутационное устройство по п.1, отличающееся тем, что притягивающийся якорь (9) имеет первый рычаг (11) и второй рычаг (12).

5. Коммутационное устройство по п.4, отличающееся тем, что первый рычаг (11) имеет контактную поверхность (13) для контакта с U-образной скобой (8), при этом контактная поверхность (13) выполнена плоской.

6. Коммутационное устройство по п.4, отличающееся тем, что второй рычаг (12) выполнен в виде расцепляющего продолжения (14) для по меньшей мере косвенного срабатывания размыкателя (5).

7. Коммутационное устройство по п.4, отличающееся тем, что предусмотрена пружина (15) притягивающегося якоря, которая прижимает второй рычаг (12) к упору (16) и отжимает первый рычаг (11) от U-образной скобы (8).

8. Коммутационное устройство по п.7, отличающееся тем, что пружина (15) притягивающегося якоря (9) выполнена в виде торсионной пружины, расположенной вокруг оси (17) его вращения.

9. Коммутационное устройство по п.7, отличающееся тем, что первое плечо (18) пружины притягивающегося якоря воздействует на крюкообразное продолжение (19) второго рычага (12) притягивающегося якоря (9).

10. Коммутационное устройство по одному из пп.7-9, отличающееся тем, что второе плечо пружины притягивающегося якоря фиксировано на U-образной скобе (8).

11. Коммутационное устройство по п.7, отличающееся тем, что пружина (15) притягивающегося якоря выполнена в виде комбинированной торсионной пружины и пружины сжатия и нагружает притягивающийся якорь (9) в направлении оси (17) его вращения к U-образной скобе (8).

12. Коммутационное устройство по п.4, отличающееся тем, что U-образная скоба (8) имеет в направлении протяженности второго рычага (12) продолжение (21), образующее упор (16) для второго рычага (12).

13. Коммутационное устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит расцепитель (6) максимального тока, находящийся в механическом взаимодействии с размыкателем (5) для его срабатывания.

14. Коммутационное устройство по п.13, отличающееся тем, что расцепитель (6) максимального тока содержит биметаллический элемент (22), закрепленный на первом проводнике (10) цепи тока.

15. Коммутационное устройство по п.14, отличающееся тем, что биметаллический элемент (22) расположен в U-образной выемке U-образной скобы (8).

16. Коммутационное устройство по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено в виде силового выключателя.