Быстродействующий автоматический выключатель Советский патент 1988 года по МПК H01H77/10 

0111.3

Изобретение относится к низковольтным электрическим аппаратам, в частности к быстролействующим автоматическим выключателям, предназначенным для защитм полупроводниковых преобразователей.

Цель изобретения - улучшение защитных характеристик выключателя путем снижения полного интеграла ОТКЛЮчения и расширение области применения

На фиг. 1 показан выключатель, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид сверху, разрез; на фиг. 3 -- электрическая схема выключателя; на фиг. 4 - вре- менные диаграммы.

Выключатель содержит шихтованный 1агнитопровод 1 с вoздyuJным зазором и окном, основную обмотку 2, первый 3 и второй 4 токопроводы подвижного контактодержателя, подвижный и неподвижный контакты 5, гибкие соединения 6, дополнительную обмотку 7, неподвижные контактодержатели 8 и 9, тиристоры 10 и 11, заключенные в корпуса, дугогасительные камеры 12, выводы 13 и 14, привод 15 с контактной пружиной, шток 16 привода 15, расцепитель 17 максимального тока, шток 18, связывающий расцепитель 17 с приводом 15 полярные датчики 19 и 20 тока, реле 21 и 22 времени.

Подвижньм контактодержатель, состоящий из токопроводов 3 и 4, укреплен на подвижном штоке 16 привода 15 и может перемещаться поступательно вправо (по фиг. 1). Первый токопро- вод 3 расположен в воздушном зазоре магнитопровЪда 1. На нем и на неподвижных контактодержателях 8 и 9 установлены контакты 5.,

На подвижном и неподвижных контактодержателях установлены дугогасительные рога, которые вместе с контактами 5 расположены внутри дугога- сительных камер 12. Дпя магнитного га шения дуги на камерах 12 могут быть установлены дополнительные ферромагнитные пластины, связанные с магнито- проводом 1.

В приводе 15 установлены контакт- нал пружина, защелки, электромагниты отключения и включения. Во включенном положении выключателя (фиг. 1) контакты прижаты под действием контактной пружины, а электромагниты обес- точены. Возможен также вариант исполнения привода с контактной и размыкающей контакты пружинами, электро

Q

j

. 5

0 5

0

магнитом ВКЛЮЧСМ1ИЯ и механизмом свободного расцепления, с приводом 15 через шток 18 связан расцепитель максимального тока, установленный на неподвижном контактодержателе 9. Неподвижный контактодержатель 8 связан с выводным зажимом 14, Неподвижный контактодержатель 9 связан через шИну, на которой расположен расцепитель 17 максимального тока, с основной обмоткой 2, расположенной на части магни- топровода 1.

Вывод основной обмотки 2 через участок шины, на.котором расположен датчик 20 тока, связан с выводом 13 к выводам второго токопровода 4.присоединена через гибкие соединения 6 цепь, состоящая из дополнительной обмотки 7, расположенной также на части магнитопровлда 1, и встречно параллельно включенных тиристоров 10 и 11, образующих симметричньй тиристор- ный ключ. Датчики 19 и 20 тока являются полярными, т.е. образуют на выходе сигнал при превышении током значения уставки Iyer только при направлении тока, указанном стрелками на фиг. 3. Реле 21 и 22 времени, выполненные на стандартных логических эле ментах, при поступлении сигналов на их вход выдают импульсы через промежуток времени /Itg, которые поступают на цепи управления тиристоров 10 и 11.

Выключатель работает следующим образом.

Во включенном положении выключателя (фиг. 1 и 2) при номинальном режиме ток 1ц проходит по цепи: вывод 14, неподвижньй контактодержатель 8, контакты 5, первый токопровод 3, контакты 5 (на фиг. 1 закрыты дугогаси- тельной камерой), неподвижньй контактодержатель 9, датчик 19, основная обмотка 2, датчик 20 тока, вывод 13. В магнитопроводе 1 под действием тока в витках основной обмотки 2 проходит магнитньй поток Ф, который в воздушном зазоре взаимодействия с током 1, создает электромагнитную силу F

,„/-.1115 („,.,,,

где 1 - длина первого токопровода 3 в воздушном зазоре;

(f - величина воздушного зазора;

- число витков основной обмотки.

Величина нажатия контактной пружи- яы пыПирается из условия

Ь п, ,

где F. - необходимое по условиям нагрева нажатие в контактах.

Поскольку ток 1ц меньше тока уставки I уст который выбирается больше тока максимальной перегрузки, то датчики 19 и 20 тока не выдают сигна- лов, тиристоры 10 и 11 заперты и через дополнительную обмотку 7 ток не проходит.

При возникновении в цепи нагрузки короткого замыкания происходит рост тока i в цепи основной обмотки 2, магнитного потока Ф и электромагнитный силы F, действующей на первый токо- провод 3 (фиг. i) . При достижении силой значения происходит размыка- ние контактов 5 и их движение вправо (по фиг, 1). Значения тока трогания i 1,, при котором , выбираются меньше I уст датчиков 20 и 21 тока. На участке времени магнитный поток ф увеличивается пропорционально току i, и не ограничивается дополнительной обмоткой 7, поскольку ЭДС,

наводимая в ней, не создает ток ij, так как тиристоры 10 и 11 заперты.

При достижении i значения датчик 20 тока выдает сигнал на реле 22 времени, которое через промежуток времени t при , выдает им- . пульс на включение тиристора 10. Под действием ЭДС в дополнительной обмотке 7 через контур: тиристор 10, пер- вьй токопровод 3, второй токопровод 4, гибкие соединения 6, дополнительная обмотка 7 при проходит ток i, значение которого может быть приближенно определено соотношением

1-1 1

..

Тогда в первом токопроводе 3 результирующий ток i будет равен;

i,.i,(1.).

Выбором соотношения чисел витков w и Wj может быть достигнуто любое начальное превышение i- по сравнению с i. Вследствие индуктивного рассеяния обмотки w увеличение i происходит (фиг.4) с конечной скоростью, а не скачком. После прекращения импульса тока от реле 22 времени тиристор 10 остается открытым.

Скорость роста магнитного потока ф при tyt меньше, поскольку ток i в обмотке W-J снижает общие ампео-витки, равные

Величина скорости изменении потока ф определяется уравнением

t где R.,

активное сопротивление обмотки W- гибких соединений и второго токопровода; R - активное сопротивление первого токопровода.

Отсюда видно, что в предельном случае при и поток Ф после t t, остается неизменным и равным Ф.

Электромагнитная сила F, пропори i,, поциональная произведению ф

еле , увеличивается с

1 большей скоs0 5

0

5

0

5

ростью, чем рри ,, за счет увеличения i.

Если бы включение тиристоров произошло при , то, так как начальный магнитный поток ф, равен нулю, при f O несмотря на рост i и i скорость роста F была бы мала, поскольку при малых R- и R, рост Ф незначителен (кривая Fj , фиг.4). Увеличение R и R для попьшения скорости роста невыгодно, так как при этом увеличиваются потери энергии, уменьшается ток i.. и ускоряется насьш;ение магнитопровода 1.

Движение подвижного контактодержа- теля и увеличение зазора между контактами начинается при . При .j начинается насыщение магнитопровода, что приводит к уменьшению тока i, поскольку

где и ( - падение магнитного потенциала в магнитной системе.

При ток i- становится равным нулю, поскольку Uj, i,w,, и тиристор 10 запирается. Если бы не было тиристора, то ток i.i, как в известном устройстве, изменил бы свое направление (показано пунктирной стрелкой, фиг.З) под действием падения напряжения на сопротивления К, что привело бы к уменьшению тока в первом токопроводе, так как , и, следовательно, к уменьшению силы F и увеличению времени размыкания контактов.

При сила F пропорциональна произведению магнитного потока насыщения и тока, т.е. продолжается рост F.

Возникшая на контактах электрическая дуга под действием магнитных полей от контактодержателей и от обмот0.

5U

ки w переходит от контактов на дуго- гаситсльные рога и гаснет н дугогаси- тсльной камере 12 при t(:.

При превьнлении током значения уставки расцепителя 17 последний через шток 18 включает электромагнит отключения (или освобождает размыкающую контакты пружину), что обеспечивает фиксадию контактов в отключенном состоянии и исключает возможность их приваривания при.токах короткого замыкания, близких по величине к I уст- Величина тока уставки расцепителя Iyer. р. выбирается несколько большей, : чем i T-f, Аналогичный процесс происхо- Iдит при другом направлении тока, но ;при ЭТОМ срабатывают датчик 19, реле 21 и тиристор 11.

Выключатель можно также эффективно использовать для коммутации пере- :менного тока.

; В предлагаемом выключателе по срав нению с известным уменьшена масса по- |Движных частей, увеличен ток в цепи InepBoro и второго подвижных контакто- 1держателей, увеличена скорость роста :магнитного потока до включения симг метричного ключа, исключен реверс то- ;ка в дополнительной обмотке после на- ;сыщения магнитопровода, исключено ;протекание тока в дополнительной об- в номинальном режиме, что позволяет ускорить размыкание контактов и благодаря этому уменьшить полный интеграл отключения, а также расширить область применения выключателя.

формула изобретения

; Быстродействующий автоматический выключатель, содержащий магнитопро- вод с воздушным зазором и окном, основную обмотку, два вывода, два неподвижных контактодержателя с контакта- , подвижный контактодержатель с контактами и дугогасительные камеры, при26326

вод с контактной пружиной и расцепи- тель максимального тока, причем основная обмотка расположена на магни- топроводе, указанный подвижный контактодержатель выполнен в виде двух параллельных токопроводов, один из которых расположен в воздушном зазоре магнитопровода, другой - в окне

0 магнитопровода, первый вывод выключателя, первый неподвижный контактодержатель с контактом, подвижньв контактодержатель с контактами, второй неподвижный контактодержатель с кон5 тактами, выводы основной обмотки и второй, вывод выключателя соединены последовательно, о т л и ч а ю DI и й- с я тем, что, с целью улучшения защитных характеристик выключателя пу0 тем снижения полного интеграла отключения и расширения области применения, в него введены дополнительная обмотка, симметричный тиристор- пыЯ ключ, два полярных датчика тока

5 и два реле времени, причем дополнительная обмотка также расположена на магнитопроводе, указанный токопро- вод в окне магнитопровода выполнен с разрывом в средней части и снабжен гибкими выводами, один из гибких выводов токопровода, выводы дополнительной обмотки, симметричный тирис- торнын ключ и другой гибкий вывод токопровода образуют последовательную цепь, дополнительная обмотка по отнот шению к основной обмотке включена встречно, выход каждого из полярньк датчиков тока подключен через одно из указанных реле времени к соответстQ .вующему управляющему входу симметричного тиристорного ключа, так чтобы полярность выходных сигналов, полярных датчиков тока соответствовала включению симметричного ключа в направлении, совпадакмцем с полярностью

0

5

5

напряжения, наводимого в дополнительной обмотке.

/

f2

/ijL 6

15

П

12

Изобретение относится к низковольтным электрическим аппаратам, в частности к быстродействующим автоматическим выключателям, предназначенным для защиты полупроводниковых преобразователей. Цель изобретения - улучшение защитных характеристик выключателя путем снижения полного интеграла отключения и расширение области применения. Подвижный контакто- держатель выполнен в виде двух токо- проводов, один из которых расположен в воздушном зазоре магнитопровода 1, а другой - в окне магнитопровода. То- копровод, расположенный в окне магнитопровода, в средней части выполнен с разрывом и через гибкие шины подключен к цепи из симметричного тирис- торного ключа, образованного тиристо рами 10 и 11, и дополнительной обмотки 7. При возникновении короткого замыкания в цепи сигналы полярных датчиков тока 19 и 20 через реле времени 22 и 21 поступают на симметричный ти- ристорный ключ. Подключение дополнительной обмотки 7 после трогания подвижных контактов позволяет ускорить размыкание контактов и благодаря этому уменьшить полный интеграл отключения выключателя, а также расширить область применения выключателя. 4 ил. с & (Л

0иг.1

1

Шг1

Т

-О

we.2

tjf ty ij

OmtV(

Фи2Л