Автоматический выключатель Советский патент 1986 года по МПК H01H73/66 

сердечником 29 и якорем и направленным в сторону сердечника, обеспечивается рациональное распределение магнитного потока в электромагнитном расцепителе 8 и деформации термобиметаллического элемента 11, теплового

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматическим выключателям, обеспечивающим защиту потребителей электрической энергии от токовых перегрузок и короткого замыкания, и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 516121.

Цель изобретения - повьшение надежности в работе и расширение области применения.

Па фиг. 1 показан предлагаемый автоматический выключатель, разрез; на фиг. 2 - якорь электромагнитного рас- цепителя с хвостовиком, снабженным U-образной скобой, и выступом, направленным в воздушном зазоре к сердечнику, вид справа; на фиг. 3 - кинематическая схема исходного положения расцепителей, фиксирующего и расцепляющего рычагов автоматического выключателя при номинальном токе или токе несрабатывания; на фиг. 4 - ки- нематическая схема расположения термобиметаллического элемента теплового расцепителя и якоря электромагнитного расцепителя к моменту выхода расцепляющего рычага с опорной плоскости фиксирующего рычага при нагрузке автоматического выключателя током срабатывания 1,2-1,35 на фиг. 5 - кинематическая схема расположения якоря электромагнитного расцепителя фиксирующего, расцепляющего рычагов и термоэлемента теплового расцепителя в момент замыкания якоря с сердечником при токе короткого замыкания.

Автоматический выключатель размещен в корпусе 1, закрытом крышкой 2, и состоит из механизма 3 расцепления контактов,контактной системы 4, дугогасительного устройства 5, выводных зажимов 6, рукоятки 7 управления, электромагнитного расцепиpai;. U-. iiH i еля . iipuu viHT к уменьшению нремеии сраОл- ьлитния автоматического выключат чя, как при токах перегрузки, так и при токах короткого замыкания по сравнению с известным. 5 ил.

теля 8, теплового расцепителя 9 максимального тока, имеющего токоведу- ую стойку 10, к которой прикреплена термобиметаллическая пластина 11 с

нагревательным элементом 12 и устройством 13 для фиксации расцепляющего рычага, подвижно установленньм в поднятых 14 боковины 15, состоящего из сборного кронштейна 16, фиксирующего рычага 17, жестко соединенного с рамочной рейкой 18 и шарнирно укрепленного на вращающейся оси 19 и подпружиненного пружиной 20 в кронштейне 16 так, что опорная плоскость

21 фиксирующего рычага 17 совмещена с осью вращения кронштейна 16, что позволяет сохранять величину зацепления расцепляющего рычага 22 при регулировании величины зазора Н.

Кронштейн 16 имеет рычаг 23 для регулирования величины тока несрабатывания и опорные поверхности 24 для подвижной установки его в подпятниках 14 боковин 15. Удерживание устройства 13 в подпятниках 14 и под- жатие его к эксцентриковому диску 25, связанному с регулировочным барабаном 26, обеспечивается пружиной 27. Электромагнитный клапанного

типа расцепитель В тока короткого замыкания включает магнитопровод с токовой катушкой 28, состоящий из сердечника 29, неподвижно закрепленного на скобе 30, и якоря 31, выполненного в виде двуплечего рычага, который удерживается на торце 32 скобы 30 пружиной 33 и винтом 34, создающи1 и усилие, противодействующее срабатыванию, в наклонном положении относительно сердечника 29, образуя с ним рабочий воздушный зазор fig ,причем пружина 33 размещена вдоль хвостовика 35, снабженного U-образной скобой со сторонами 36

и 37, а винт 34 размещен вдоль противоположного плеча - клапана 38, снабженного выступом 39.

Автоматический выключатель работает следующим образом.

При прохождении тока нагрузки, равного по величине номинальному току J или току несрабатывания теплового расцепителя (например, нагр. - 1,05 1,.) в защищаемой цепи, а следе вательно, и через витки катушки 28 . сердечника 29 в электромагнитном расцепителе-8 создаются силы магнитного притяжения, стремящиеся сомкнуть клапан 38 якоря 31 с сердечни- ком 29, однако электромагнитный рас- цепитель не срабатывает,так как его ток уставки выше тока несрабатывания теплового расцепителя.Нагревательный элемент 12 при обтекании этим током разогревает термобиметаллическую пластину 11 теплового расцепителя 9,, которая, деформируясь, изгибается в сторону рамочной рейки 1В, выбирает рабочий зазор И, но не перемещает рамочной рейки, так как к этому времени достигает установившегося теплового режима.

При технологической перегрузке, когда ток может измениться до величины, преБышаюл(ий ток несрабатывания, например до 1,2 1 , термобиме- ,таллическая пластина 11 продолжает дополнительно нагреваясь, развивать перемещение, поворачивая рамочную рейку 18 на оси 19 против часовой стрелки. Рамочная рейка 18, воздействуя фиксирующим рычагом 17 на сторону 37 и -образной скобы хвостовика 35, сжимает пружину 33 регу.члровки уставки тока срабатывания электромагнитного расцепителя 8. Технологическая перегрузка длится, как правило, менее времени срабатывания, установленного автоматическому выклга- чателю калибровкой теплового расдепи теля. После снижения тока технологической нагрузки до величины несрабатывания термобиметаошическая пластина 11, остывая, возвращается в поло- жение, в котором она находилась до возникновения технологической нагрузки. Пружина 33 регулировки уставки тока срабатывания электромагнитного расцепителя 8, разжимаясь стороной 37 и -образной скобы хвостовика 35, разворачивает фиксирующий рычаг 17 по часовой стрелке и возвращает ра

s

10 5 20 25 30

35

О450

5

мочную рейку 18 в исходное состояние .

При токах нагрузки, близких по величине току уставки теплового расцепителя (например, 1,35 ,), термобиметаллическая плас- тина 11, разогреваемая разогреватель- ным элементом 12, обтекаемым током срабатьюания, близким по величине току уставки теплового расцепителя, поворачивая рамочную рейку 18 на оси 19 против часовой стрелки,через фиксирующий рычаг 17 и сторону 37 (i -образной скобы хвостовика 35 сжимает i пружину 33 и приближает клапан 38 якоря 31 к сердечнику 29 электромагнитного расцепителя 8, уменьшая его рабочий воздушный зазор . При уменьшении рабочего воздушного зазора $ резко возрастает сила магнитного притялсения клапана 32 к магнитопрово- ду 28. Возрастанию силы магнитного притяжения способствует неравномерное распределение магнитного потока в воз- дущном зазоре В между клапаном 38 и сердечником 29 за счет образованного в клапане выступа 39. Силовые линии магнитного поля имеют большую концентрацию на выступе 39. В результате магнитное усилие притяжения клапана 38 к сердечнику 29 достигает большей величины, чем у известного выключателя для данного тока нагрузки. Кроме того, образуется способствующая развороту рамочной рейки 18 на оси 19 пара сил: против часовой стрелки рамочную рейку разворачивает усилие деформации термобиметаллической пластины 11, а ее фиксирующий рычаг 17 разворачивает усилие магнитного притяжения клапана 38 к сердечнику 29.

Под действием названной пары сил рамочная рейка 18, продолжая разворачиваться, выводит из зацепления фиксирующий рычаг 17 и освобождает расцепляющий рычаг 22 механизма расцепления контактов 37.

Использование термо- и электромагнитного усилий как пары сил компенсирует отрицательное влияние переменной составляющей противодействующего усилия (усилия зацепления) на скорость перемещения рамочной рейки 18. Кроме того, по мере приближения клапана 38 к сердечнику 29 возрастающая сила магнитного притяжения достигает значения, близкого по величине к противодей твующему усилию сжимаемой пружины 33, полностью компенсируя его к моменту вывода из зацепления рычага 17. Все это обеспечивает четкое срабатывание автоматического выключателя при заданном токе и времени перегрузки с подтверждением время- токовой характеристики, установленной ему калибровкой. Диапазон токов несрабатьшания, устанавливаемьй регулировочным барабаном 26 в предлагаемом автоматическом выключателе,сохранен такой же, как у известного выключателя. Разбх ос характеристик срабатывания уменьшается и составляет по времени (для величины времени срабатывания, установленной калибровкой 8 мин) 4-8%. У известного выключателя разброс для данного времени -срабатывания до 35%.

При пусковых тохах и токах нагрузки, меньших значения уставки тока срабатывания электромагнитного рас- цепителя, например 7 Ij

12 1ц,, разворот рамочной рейки 18, как рычага, парой сил: усилием деформации нагревающейся термобиме- таллической пластины 11 и усилием магнитного притяжения клапана 38 к сердечнику 29 приводит к уменьшению воздушного зазора S и, следователь1

электромагнитного рассрабатыванияцепителя 8.

При определенном зазоре (, между клапаном 38 и сердечником 29 снижающаяся уставка тока срабатывания электромагнитного расцепителя 8 достигает значения величины тока нагрузки и клапан 38 якоря 31 момент но притягивается к сердечнику.

Перемещение выступа 39 клапана 38 при уменьшении воздушного зазора $ происходит по дуге окружности, а при приближении клапана к сердечнику выступ 39, не мешая их соприкосновению, уходит за плоскость сердечника 29. Удар стороны 36 U-образной скобы хвостовика 35 по фиксирующему рычагу 17 выводит его из зацепления и освобождает расцепляющий рычаг 22 механизма расцепления контактов. Моментное освобождение расцепляющего рычага 22 значительно уменьшает разброс характеристик срабатывания автоматического выключателя. Время его срабатывания, например при 7 1,. от действия расцепителей того же номинального тока, что

10

15

-,

256105 ° 6

у известного выключателя снижается ; в 1,5-2,2 раза. Это открывает воз- .можность применения предлагаемого выключателя для пуска и защиты асин- хронных двигателей с малыми номинальными токами 0,.

При токах, равных или незначительно превышающих уставку тока срабатывания электромагнитного расдепителя (например, 12 1 1 15 Ij, при достижении током нагрузки уставки тока срабатывания электромагнитного расцепителя клапан 38 моментно притягивается к сердечнику 29 и ударом стороны 36 .U-образ ной скобы . хвостовика 35 по фиксирующему рычагу 17 выводит из зацепления расцепляющий рычаг 22, обеспечивая механизмом расцепления 3 разведения контактов 4.

Быстродействие электромагнитного расцепителя увеличивается (по сравнению с известным устройством) с увеличением силы при яжения клапана, обусловленным неравномерным распределением потока в воздушном зазоре магнитной цепи. Время отключения этого тока автоматическим выключателем , составляет 18-25 мс (у известного 40 мс).

При токах нагрузки, значительно превышающих уставку тЬка срабатывания электромагнитного расцепителя

нагР. - пк

больших токов

20

25

30

35

40

45

50

55

(например, 18 1

скорость нарастания короткого замыкания промышленной частоты весьма значительна. Магнитная цепь электромагнитного расцепителя максимального тока 8 с токовой катушкой 28 и воздушным зазором , не может оказать практически ощутимого задерживающего влияния на изменение скорости роста тока короткого замыкания. Поэтому можно считать,что темп нарастания: магнитного Потока в магнитопроводе и воздуш- ном зазоре электромагнитного расцепителя пропорционален скорости роста тока короткого замыкания в защищаемой автоматическим выключателем цепи.

При большой скорости нарастания магнитного потока в магнитной цепи включающей стальной регулирсвочнъм винт 34, в клапане 38, имеющем просечку А , как в короткозамкнутом витке, возбуждается ток. Сила взаимодействия тока короткозамкнутого витка с магнитным потоком его вызыва7

ющим совпадением по направлеЕ1ию с силой магнитного притяжения клапана 38 с сердечнику 29.

Клапан 38 с большой скоростью притягивается к сердечнику 29 и оче резким ударом стороны 36 U -образной скобы хвостовика 35 лишает зацепления фиксирующего рычага 17 с расцепляющим рычагом 22. Время от возникнвения тока короткого замыкания до сброса зацепления рычагов 17 и 22 у предлагаемого выключателя зависит н только от величины тока, но и от скорости его нарастания и составляе 0,8-1,2 мс (у известного зависит только от величины тока и составляе не менее 5 мс).

Значительное уменьшение времени

от возникновения тока предельной ком-20 щ и и с я тем, что, с целью повьш1е- мутации до сброса зацепления позволяет предлагаемому автоматическому выключателю отключить ток за 6-7 мс (10-16 мс у известного) и повысить надежность защиты оборудования.

Предлагаемый автоматический выключатель позволяет рационально использовать распределение потока в магнитной цепи расцепителя с воздушным зазором и деформацию термобиме25

30

ния надежности в работе, хвостовик якоря электромагнитного расцепителя снабжен U -образной скобой, а противоположная часть якоря - выступом, расположенным в воздушном зазоре между сердечниром и якорем и направленным в сторону сердечника, причем и-образная скоба размещена так, чтб один из концов фиксирующего рычага расположен внутри нее.

J7

8

таллического элемента теплового рас- цепителя для срабатывания, что повышает надежность работы за счет обеспечения стабильности и соответствия требованиям потребителя время-токовых характеристик срабатывания автоматического выключателя, увеличения быстродействия при токах короткого замыкания, уменьшения времени повторного включения и обеспечения возможности применения автоматического выключателя для пуска и защиты асинхронных двигателей на малые номинальные токи (до 10 А).

Формула изобретения

Автоматический выключатель по авт. св. № 516121, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повьш1е-

ния надежности в работе, хвостовик якоря электромагнитного расцепителя снабжен U -образной скобой, а противоположная часть якоря - выступом, расположенным в воздушном зазоре между сердечниром и якорем и направленным в сторону сердечника, причем и-образная скоба размещена так, чтб один из концов фиксирующего рычага расположен внутри нее.

ш

Jff

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автоматическим выключателям,обеспечивающим защиту от токовых перегрузок и короткого замыкания, и является усовершенствованием устройства по авт. св. W 516121. Целью изобретения Я вляется повышение надежности в работе. Бларо- даря снабжению хвостовика 35 якоря 31 электромагнитного расцепителя 8 и-образной скобой 36 и 37, внутри которой расположен один из концов рычага 17, и противоположной части якоря выступом 39, расположенным между § (Л С to ел О5 М гз

Фиг. 2

сриг.З

Ф

(ииг4

П

гг

г/

Фиг. 5

Составитель В.Коносов Редактор А.Сабо Техред А.Кравчук Корректор В. Бутя га

Заказ 4831/52 Тираж 643Подписное

ВНИИПИ Государственногр комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4