Расцепитель автоматического выключателя Советский патент 1983 года по МПК H01H71/40 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроаппаратостроению и в частности к автоматичес ким выключателям. Известны комбинированные расцепители максимального тока автоматических выключателей, содержащие для защиты в диапазоне токов перегрузки термобиметаллический элемент и для защиты от токов короткого замыкания электромагнитный элемент. Причем в тех случаях, когда номинальный ток термобиметаллического элемента меньше номинального рабочего тока выключателя, параллельно этому элементу включается специальный шунт, сопротивление которого, как правило, мень ше сопротивления термобиметалличёско го элемента и в который ответвляется избыточная для термобиметалла часть тока 11 . Однако в таких расщепителях и тер мобиметаллический, и электромагнитный элементы обтекаются в аварийном режи ме защищаемой цепи одним и тем же током короткого замыкания в течение всего времени отключения цепи автоматическим выключателем. Чрезмерный нагрев термобиметаллических элементов током короткого замыкания егызывает у них необратимые деформации, недопустимые изменения защитных характеристик или термические разрушения. Поэтому коммутационная способность выключателей, снабженных такими расцепителями, ограничивается токами термической устойчивости термобиметаллического элемента. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является расцепитель автоматического выключателя, содержащий связанные токопроводами термоэлемент, электромагнитный элемент и контакты, защищающие термоэлемент от разрушающего термического воздействия, из которых один выполнен неподвижным, а другой механически связан с якорем электрома -

НИ7НОГО элемента, удерживаемым в исходном положении возвратной пружиной

В известном расцепителе электромагнитный элемент и термоэлемент соединены последовательно. Контакты включены параллельно с термоэлементом и в номинальном режиме работы рас цепителя находятся в разомкнутом состоянии 21.

К недостаткам такого расцепителя следует отнести .следующие.

Контактное нажатие шунтирующих контактов, которое создается в этом расцепителе силой притяжения якоря электромагнитного элемента, из-за насыщения его магнитопровода перестает возрастать с уселичением тока короткого замыкания, что приводит к свариванию шунтирующих контактов. Это обстоятельство рграничивает об,ласть применения автоматических выключателей с такими расцепителями теми цепями, в которых аварийные токи не превышают токов сваривания шунти рующих контактов. Кроме того, протек ание токов короткого замыкания непосредственно .по шунтирующим контактам в течение всего времени отключе ния цепи выключателем предопределяет исполнение их контакт-деталей с достаточно большими массогабаритными показателями. Это связано с повышенным расходом дефицитных и дорогостоящих серебросодержащих контактных материалЗв, из которых обычно выполняют контакт-детали.

В известном расцепителе сверх обычного усилия, необходимого для воздействия на механизм свободного расцепления выключателя и для преодоления усилия возвратной пружины, электромагнитный элемент должен дополнительно создавать усилие контактного нажатия. Это связано с повышенным расходом электротехнических материалов на изготовление электромагнитного элемента и с увеличением его габаритных показателей.

Кроме того, при присущем данному электромагнитному элементу тяговом усилии увеличение натяжения возвратной пружины (для получения большего тока уставки) неизбежно приводит к уменьшению создаваемого контактного нажатия, что повышает вероятность сваривания контактов и снижает тем самым надежность расцепителя, так как при большем токе уставки возрастает и максимальное мгновенное значение тока, протекающего по шунтирующим контактам в процессе отключения выключателем защищаемой цепи.

Следует также отметить, что в случаях, когда номинальный ток термобиметаллического элемента меньше номинального рабочего тока выключателя, применение шунтирующих контактов в таком расцепителе не исклю.чает необходимости включения параллельно термобиметаллическому элементу специально изготовленного шунта.

Очевидно, что указанными недостатками будут обладать все расцепители t шунтирующими контактами, которые, помимо электромагнитного элемента, содержат термоэлемент, реагирующий на тепловую энергию электрического тока, протекающего по нему или его нагревателю. Кроме термобиметаллических, к таким элементам можно отнести позисторные, термомагнитные и т.п.

Цель изобретения - повышение надежности и снижение расхода электротехнических материалов, в том числе дефицитных серебросодержащих контактных материалов.

Поставленная цель достигается тем что в расцепителе автоматического выключателя, содержащем связанные токопроводами термоэлемент, электромагнитный элемент и контакты, защищающие термоэлемент от разрушающего термического воздействия, из которых один выполнен неподвижным, -а другой механически связан с якорем электромагнитного элемента, удержива.емым в исходном положении возвратной пружиной, электромагнитный элемент и термоэлемент соединены параллельно, а контакты включены последовательно с термоэлементом и замкнуты в исходном положении якоря электромагнитного элемента.

. При выполнении предлагаемого технического решения значительно (в сотни раз) снижается максимально возможная величина тока, протекающего через контакты расцепителя, в результате чего исключается возможность их сваривания при возникновении токов короткого замыкания в защищаемой выключателем цепи и соответственно уменьшается количество контактного материала, расходуемого при изготовлении контакт-деталей, а также снизить величину контактного нажатия. 510 При этом соответственно снижается величина необходимого тягового усилия электромагнитного элемента и следовательно, количество электротехнических материалов, требуемых дл его изготовления. Кроме того, отпадает необходимост выполнять специальный шунт для термо элемента, так как его функцию несет включенная параллельно токовая цепь электромагнитного элемента, сопротивление которой значительно меньше сопротивления токовой цепи термоэлемен та. На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого расцепителя; на фиг. 2 - электрическая схема расцепи теля; на фиг, 3 кривые изменения тока в цепях термоэлемента и электромагнитного элемента при ртключеНИИ короткого замыкания выключателем снабженным предлагаемым расцепителем Расцепитель автоматического выключателя содержит (фиг. 1) термоэлемент , состоящий из тёрмобиметалличес кой пластины 1 и намотанного на нее в виде спирали нагревателя 2. Одним концом пластина 1 жестко закреплена на токоподводе 3, а другой свободный ее конец металлически скреплен. (напри мер точечной сваркой) с началом спирали нагревателя 2, образуя последовательное электрическое соединение на гревателя с пластиной 1. спирали нагревателя 2 соединен с токопроводом .который через гибкое соединение 5 электрически связан с подвижным кон тактом 6, укрепленным на якоре 7 элект ромагнитного элемента. Неподвижный контакт 8 установлен в изоляционном корпусе выключателя, электрически сое динен с токоподводом 9 и служит упором для якоря 7, поворачивающегося на оси 10 и удерживаемого в исходном положении пружиной 11. Катушка 12 электромагнитного элемента размещена на его сердечнике 13, укрепленном в корпусе выключателя, и электрически соединена с токоподводами 3 и 9. На. электрической схеме устройства (фиг. 2) показано распределение тока защищаемой цепи на ток в цепь термоэлемента - и в цепь электромагнитного элемента | . Расцепитель автоматического выключателя работает следующим образом. При небольших аварийных токах, меньших тока уставки - электромагнитного элемента (токи перегрузки), 06 работа расцепителя не отличается от работы расцепителя, содержащего только термобиметаллический элемент с шунтом. Однако роль этого шунта здесь выполняет токовая цепь катушки 12 электромагнитного элемента между токоподводами 3 и 9, сопротивление которой меньше сопротивления токовой цепи термобиметаллического элемента между этими токоподводами. В этом случае (фиг. 2) ток защищаемой цепи своей меньшей частью ответвляется .в цепь термобиметаллического элемента, а большей частью l-j- в цепь электромагнитного элемента Ток у, протекая по последовательному соединению термобиметаллической пластины 1, нагревателя 2, токопровода А, гибкого соединения 5 и контактов б и 8, вызывает нагрев и деформацию (изгиб) пластины 1 в направлении, показанном на фиг. 2 стрелкой. При этом пластина 1 своим свободным концом воздействует через систему поворотных рычагов на механизм свободного расцепления 15 выключателя. Время срабатывания расцепителя уменьшается с возрастанием тока перегрузки защищаемой.цепи. Другая большая часть тока 1э протекающая по катушке 12, недостаточна в этом случае для притяжения якоря 7 к| сердечнику 13.- При больших токах короткого замыкания в защищаемой выключателем цепи ток быстро достигает значения тока уставки электромагнитного элемента, которыи обычно составляет от 3 до 15 ID помин-Якорь 7 электромагнита приходит в движение, преодолевая уси лие пружины 11, ив самом начале своего движения размыкает контакты 6 и 8 в цепи термобиметаллического элемента, а затем (в конце движения) воздействует своим рычагом через систему поворотных рычагов }k на механизм свободного расцепления 15 выключателя. При этом максимальное значение тока J-.- в цепи термобиметаллического элемента не может превысить его номинального значения Нноммм число раз большее, чем кратность уставки электромагнитного элемента. Если в цепь термобиметаллического элемента ответвляется третья часть тока 1о защищаемой цепи, то даже при наибольшем значении тока уставки 15 Номмн ° через контакты 6 и 8 не превысит 5 1 о но мин защищаемой цепи.

Позгому размеры и масса контакт-деталей 8 таком.рйсцепителе значительно меньше, чем в известной конструкции, благодаря чему достигается существенная экономия дорогостоящих и дефицитных серебросодержащих контактных материалов. Кроме того, при таких значениях максимального тока в цепи термоэлемента не требуется создания больших контактных нажатий и легко обеспечиваются те нажатия, при которых отсутствует сваривание контактов, что повышает надежность расцепителя.

После размыкания контактов б и 8 в момент времени t (фиг. 3) ток | переходит в цепь электромагнитного элемента, вследствие чего возрастает сила притяжения якоря 7 к сердечнику 13у форсируется его движение и исключается возможность замыкания контактов б и 8 в процессе отключения тока короткого замыкания выключателем. При этом снижается время срабатывания электромагнитного элемента, что повышает предельную коммутационную способность снабженного таким расцепителем выключателя.

В отличие от прототипа в предлагаемом расцепителе электромагнитный элемент не должен создавать дополнительное тяговое усилие для обеспечения контактного нажатия, так как это нажатие здесь обеспечивается самой возвратной пружиной 11 якоря 7. -По-этому при прочих равных условиях эксплуатации на изготовление, электромаг- нитного элемента в предлагаемом расцепителе расходуется меньше электротехнических материалов.

Повышение тока уставки электромагнитного элементе осуществляется одновременным увеличением натяженил и плеча зацепления возвратной пружины 11 при перемещении ее конца по рычагу якоря 7. Следовательно,-чем выше максимально возможное значение тока в цепи термоэлемента и контактов.б и В,

тем больше и величина контактного нажатия, т,е, изменение этих параметров согласуется автоматически, сохраняя надежность контактного соединения и расцепителя в целом.

При использовании в качестве шунта для термобиметаллического элемента токовой цепи хэлектромагнитного элемента отпадает необходимость затрат на изготовление специального шунта и сокращается, следовательно, расход электротехнических материалов.

Использование предлагаемого расцепителя возможно на предприятиях электротехнической промышленности, разрабатывающих низковольтные автоматические выключатели.

Формула изобретения

Расцепитель автоматического выключателя, содержащий связанные токопроводами термоэлемент, электрома - нитный элемент и контакты, защищающие термоэлемент от разрушающего термического воздействия, из которых один выполнен неподвижным, а другой механически связан с якорем электромагнитного элемента, удерживаемым в исходном положении возвратной пружиной, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности расцепителя и снижения расхода электротехнических материалов, электромагнитный элемент и термоэлемент соединены, параллельно, а контакты включены последовательно с термоэлементом и замкнуты в исходном положении якоря электромагнитного элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Родштейна Л.А Электрические аппараты, Л„, Энергия, 1971, с. 2бО рис. 1б-8.

2.Патент США W 080582, кл. 335-37, 1973.