Быстродействующий автоматический выключатель Советский патент 1984 года по МПК H01H77/06 

Изобретение относится к электрическим аппаратам, в частности к защитным автоматическим выключателям, предназначено для автоматического отключения электрических цепей при токовых перегрузках, коротких замыканиях и может быть использовано, главным образом, .для защиты полупроводниковых преобразовательных установок и тиристорных приводов малой и средней мощности.

Известен быстродействующий автоматический выключатель с электродинамическим отключающим механизмом, который содержит изоляционный корпус, контактную и дугогасительную систему, шток, соединенный с подвижными контактами и удерживаемый во включенном положении шариками, входящими в его проточку, алюминиевый диск и катущку, обтекаемую главным током. Выключатель срабатывает при протекании по катущке токов короткого замыкания 1.

Этот выключатель используется в мощных электрических цепях и не может быть использован для защиты полупроводниковых приборов,в частности преобразователей малой и средней мощности, так как он не чувствителен кнезначительным, но опасным для этих приборов перегрузкам.

Известен также быстродействующий автоматический выключатель, который мо-. жет применяться в полупроводниковых преобразователях, содержащий корпус, дугогасительную камеру, контактную систему, состоящую из подвижного и малоподвижного контактов, механизм свободного расцепления, накопитель энергии, выполненный в виде электромагнита, расцепитель дистанционного отключения, связанный с механизмом перемещения подвижных контактов, который состоит из нескольких передаточных звеньев. В каждом полюсе выключателя установлены расцепителя максимального тока, а малоподвижный контакт соединен тягами с якорем электромагнита независимого возбуждения 2.

Такой автоматический выключатель применим для ограничения в первый момент времени амплитуды тока короткого замыкания, например, в полупроводниковых преобразователях однако из-за больщой инерционности механизма перемещения подвижных контактов полное время отключения выключателя составляет 40 мс, в то время как для эффективной защиты полупроводниковых преобразователей требуется не более 10 мс.

Наиболее близким к предлагаемому является быстродействующий автоматический выключатель, содержащий корпус, дугогасительные камеры, контактную систему, состоящую из малоподвижного контакта и подвижных контактов, шарнирно-рычажный

механизм перемещения последних, отключающий узел, в котором имеются электромагнитный расцепитель и пружинный приводной элемент в виде цилиндрической пружины. Эта пружина надета на щток в верхней его части и поджимается снизу втулкой, укрепленной на щтоке, с второй подвижной втулкой штока связаны звенья шарнирнорычажного механизма. На нижний конец щтока надета подпружиненная защелка

расцепителя, выполненная в виде пластины, один конец которой расположен над электромагнитом независимого возбуждения. Пластина является якорем последнего и служит для фиксации верхнего положения штока 3.

Этот выключатель обладает минимально достаточным быстродействием (время срабатывания не более 2 мс) для обеспечения защиты полупроводниковых преобразователей за счет меньшей инерционности,

0 однако для повыщения надежности защиты необходимо еще увеличить быстродействие выключателя. Конструкция данного выключателя не позволяет повышать быстродействие из-за большой инерционности защелки, способствующей увеличению собствен ного времени отключения выключателя. Другим недостатком этого выключателя является необходимость в значительных усилиях на сжатие пружины отключающего узла при его включении.

0 Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности выключателя.

Поставленная цель достигается тем, что в быстродействующем автоматическом выключателе, содержащем корпус, дугогасительные камеры, механизм включения со

5 штоком, отключающий узел, включающий электромагнит с независимым возбуждением, контактную систему с малоподвижным и подвижными контактами и шарнирно-рычажный механизм для связи подвиж0 ных .контактов с механизмом включения, отключающий узел снабжен другим электромагнитом с независимым возбуждением и в выключатель введен дополнительный шарнирно-рычажный механизм, рычаги которого расположены симметрично отно5 сительно штока механизма включения, якоря электромагнитов связаны с механизмом включения ггри помощи дополнительного щарнирно-рычажного механизма, причем рабочие зазоры электромагнитов выбраны различными и находятся в соотношении

0 1/2-1/3.

Введение указанных признаков позволяет значительно повысить скорость получения начального раствора контактов в первый момент времени за счет двухступенчаJ того по скорости перемещения подвижных контактов, а также позволяет получить большие усилия, необходимые для отключения выключателя. Кроме того, отключающий узел, выполненный в виде системы двух магнитов, позволяет повысить степень унификации выключателя и упростить технологию его сборки. Такая конструкция выключателя позволяет избавиться от накопителей энергии во включенном состоянии выключателя, требующих большого усилия как для включения, так и для удержания, например, пружины во взведенном состоянии, и таким образом исключается необходимость в дополнительном приводном механизме для включения. На фиг. 1 показан предлагаемый выключатель во включенном состоянии; на фиг. 2 - то же, в -отключенном. Быстроде йствую щий а вто м ати чес ки и выключатель содержит корпус 1, дугогасительные камеры 2, контактную систему с малоподвижным контактом 3 и подвижными контактами 4, щарнирно-рычажный механизм для перемещения последних со звеньями 5 и связанный с ними через шток 6, отключающий узел, содержащий два электромагнита 7 и 8 независимого возбуждения. Контактная система снабжена пружинами 9 контактного нажатия и дугогаси,„ „, тельными рогами 10. Контакты 4 соединеНБ1 с токоподводящими шинами 11 и звеньями 5 шарнирно-рычажного механизма, причем звенья 5 связаны так же с подвижной втулкой 12, установленной, как и малоподвижный контакт 3, в направляющих корпуса 1. Шток 6 снабжен упорами 13 и 14. Упор 13 выполнен на его верхнем торце, находящемся в отверстии втулки 12, а упор 14 расположен вниз по штоку 6 под втулкой 12 и служит для включения. Нижний конец штока соединен с рычагами 15 и 16 дополнительного шарнирно-рычажного механизма, которые в свою очередь соединены с якорями 17 и 18 электромагнитов 7 и 8 соответственно. Рычаги 15 и -16 соединены с корпусом с помощью осей 19 и 20, которые могут располагаться либо по одну сторону от штока 6, либо по разные и закреплены в корпусе 1 выключателя. В последнем имеется также упор 21 для фиксации крайнего нижнего положения втулки 12 и, таким образом, подвижных контактов 4 в отключенном положении. Быстродействующий автоматический выключатель работает следующим образом. Во включенном состоянии выключателя контакты 3 и 4 замкнуты, пропускают ток и поджимаются пружинами 9, которые одновременно фиксируют в крайнем верхнем положении щток 6 и звенья 5. В момент подачи напряжения, например, от схемы защиты преобразователя при токовых перегрузках на катущки обоих электромагнитов 7 и 8 якори 17 и 18 втягиваются внутрь катущек электромагнитов 7 и 8, одновременно перемещая связанные с ними рычаги 15 и 16. Электромагниты 7 и 8 отключающего узла имеют различные рабочие зазоры, находящиеся в соотношении 1/2-1/3. В первый момент времениэлектромагнит 7, имеющий меньший рабочий зазор, сообщает большую скорость перемещения щтоку 6 и контактам 4, в результате чего время получения минимально необходимого зазора между контактами 3 и 4 уменьшается до 1 -1,5 мс. Электромагнит 8 обеспечивает полный ход штока и соответственно полный ход подвижных контактов. С учетом унификации (электромагниты выбраны одимаковыми) указанные соотношения обеспечивают ускоренное перемещение контактов при выборе зазоре первого электромагнита, принятого за единицу в данном соотношении при условии обеспечения достаточных усилий со стороны второго электромагнита, которые позволяют, без резкого изменения скорости продолжать перемещение контактов после выбора зазора якорем первого электро магнита (остановки первого электромагнита с учетом действия сил инерции движения. Та кое условие выполнимо только при указанг j ных соотношениях рабочих зазоров электромагнитов. При изменении этого соотношения, например, до 1/4 и более усилие второго электромагнита недостаточное для продолжения перемещения контактов без резкого замедления скорости, а следовательно, без значительного увеличения полного времени срабатывания выключателя. Увеличение мощности второго электромагнита для обеспечения больщих усилий нецелесообразно из-за увеличения его инерционности и индуктивности, что может воспрепятствовать своевременному его срабатыванию и не. исключается возможность возврата контактов в исходное замкнутое положение. Шток 6 перемещается вниз с усилием, равным сумме усилий двух электромагнитов 7 и 8. Упор 13 штока 6 перемещает втулку 12, которая в результате своего совместного со штоком 6 движения изменя взаимное расположение звеньев 5 от первоначального угла, близкого к 90° (в положении «Включено), через положение, когда угол между ними составляет 180°, и до положения, близкого к горизонтальному, при котором достигается устойчивое положение шарнирно-рычажного механизма, когда втулка 12 фиксируется на упорах 21. В результате равнодействующая сил, действующих вдоль звеньев 5, меняет направление на противоположное. Пружины 9 ежимаются, а действие взведенных пружин 9 практически уравновешивается через звенья 5 шарнирно-рычажного механизма. По мере движения втулки 12 происходит пере

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ, содержащий корпус, дугогасительные каме«--. ры, механизм включения со штоком, отключаюш,ий узел, включаюш,ий электромагнит с независимым возбуждением, контактную систему в. виде малоподвижного и подвижных контактов и шарнирно-рычажный механизм для связи подвижных контактов с механизмом включения, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности выключателя, отключающий узел снабжен другим электромагнитом с независимым возбуждением и в выключатель введен дополнительный щарнирно-рычажный механизм, рычаги которого расположены симметрично относительно штока механизма включения, якоря электромагнитов связаны с механизмом включения при помощи дополнительного шарнирно-рычаЖного механизма, причем рабочие зазоры электромагнитов , выбраны раз(Л личными и находятся в соотношении 1/2-1/3. о со оо to