Автоматический выключатель Советский патент 1992 года по МПК H01H73/02 

Изобретение относится к электрстехнике, в частности к автоматическим выключателям.

Цель изобретения - повышение надежности работы, повышение точности и упрощение конструкции и калибровки с одновременным снижением потребляемой мощности.

На фиг. 1 представлен предлагаемый автоматический выключатель, общий вид; на фиг. 2 - электромагнитный максимальный расцепитель тока после установления и фиксации подгибом хвостовика немагнитного торцового упора наклона якоря к сердечнику и соответствующего наклона усилия воэвр-зтной пружины, исходное положение: на фиг- 3 - то же, после уста эвле- ния и Фиксации подгибом хвослоэика дополнительного немагнитного торцового упора наклона к сердечнику и соответствующего наклона усилия возвратной пружины, исходное положение, вид сверху, на фиг. 4 - то же. в корпусе выключателя, исходное полоя.ение. вид сбоку, ьа фиг. 5 - то же, при срабатывании в момент разворота ударной ензтвью хвостовика якоря фиксатора защелки зацепления и освобождения рычать механизма свободного расцепления; на фиг. 6 - то же. при ср абзтывании в к-.)МЈч- замыкания чкоря с сердечником вид сверху: на фи: . - т& ж, при срабатывании в момент замыкания якоре с сердечником, вид снизу; на фиг, 8 и 9 - то же. подгибом хвостовика немагнитного торцового упора фиксированы наклоны якоря к сердечнику, отличающиеся по величине от предусмотренного наклона в пределах допуска, исходное положение; на фиг. 10 - тяговые характеристики электромагнитных максимальных расцелителей тока автоматических выключателей предлагаемого и известного, выражающие зависимость усилия, развиваемого клапаном, от количества ампер-витков при одинаковых токовых катушках и рабочих зазорах по оси сердечника; на фиг. 11 - то же. выражающие зависимость усилия, развиваемого клапаном.

при токе нагрузки, превышающем уставку по току срабатывания в 1.2 раза (672 AW). от величины рабочего зазора.

Тяговые характеристики обоих расцепителей сняты экспериментально при одинаковых токоьых катушках и нагрузках. Усилия протяжения клапанов к сердечникам замерялись на одном расстоянии от их точек опорг;.

Пре;;паг мый автоматический выключи---л,, содержит (фиг. 1) в изоляционном 1 гаси R iI но-контэктный механизм 2, гфиесднс. механизм 3 свободного рэс- цегпени. ф кратер защелки зацепления,

т---- ювой i «сбиметаллический расцепитель 5 и электромагнитный максимальный рб„-ц . г,ите,гю G г о к. ч, включающий скобу магнитофона с двумя ветвями 8 и 9, заканчивающимися сось ветствечно торцом 10 с

20

ion;

.ите-тьчым немагнитным торцовым

упором И с хаостовнком 12 и торцом 13. разделенным пазом 14 с возвратной стальной гружиной 15 в ветв1.: 8, сердечник 16 с выступом 17 и токовой катушкой 18, концы

1S проводов которой заведены е прорези 20 ветьи У, жсс -ко закрепленный на скобе магнитопровода 7 между сетьями 8 и 9 плоский якорь в сборе, находящийся на дополнительном немагнитном торцовом упоре 11, и

стэльнсГ , соединяющий «сгк магнитный шунт .ь 21 с дном пазэ 14 ;,ружиьь« 15 наклонно относительно сердечника 16. образуя в обеих ветвях 8 и 9 скобы магнитопровода 7 с их торцами 10 и 13 немагнитные

зазоры А.и В. выполненные рычагом с клапаном 22 и хвостовиком 23 с двумя ветвями- центрирующей 24, уходящей в возвратную стальную пружину 15. как в магнитный экран от стенок паза 14, и ударной 25, вэаимодействующей с фиксатором 4 защелки зацепления, имеющей два отверстия 26 и27 в клапане 22 для пропускания выступа 17 сердечника 16 и для пропускания хвостовика 12 дополнительного немагнитного орцоеого упора 11.

Электромагнитный максимальный расцепитель 6 тока торцами боковых устзновочных прорезей 28 в ветвях 8 и 9 скобы магнитопровода 7 свободно лежит на нижних ступенях 29 двухступенчатых уступов 30 корпуса 1, предотвращающих его смещение.

Рабочий ход С якоря 21, равный воздушному зазору между клапаном 22 якоря 21 и торцом сердечника 16 (расстояние от торца сердечника до клапана в воздушном зазоре между ними замеренное по оси сердечника 16), соответствующее ему усилие возвратной стальной пружины 15, противодействующее движению клапана 22 якоря 21 к сердечнику 16, и заглубление выступа 17 сердечника 16 в сквозное отверстие 26 клапана 22 определяют уставку по току срэба- тывания, которая устанавливается и фиксируется у электромагнитного максимального рзсцепителя 6 тока предложенного выключателя вне корпуса выключателя (либо в выключателе) подгибом хвостовика 12 немагнитного торцового упора 11. При этом клапан 22 якоря 21 образует мерный воздушный зазор D с выступом 17 сердечника 16 по поверхности заглубления, а центрирующая ветвь 24 хвостовика 23 якоря 21 - зазор Е с дном паза 14. причем воздушный зазор D не превосходит по величине расстояние от торца сердечника 16 до клапана 23, а зазор Е может превосходить зазор А незначительно (фиг. 2 и 3).

Электромагнитный максимальный рэс- цепитель тока фиксируется жестко в положении, принятом им на двухступенчатых уступах 30 в корпусе 1 поджатием скобы мэгнитопровода 7 крышкой выключателя 31 при затяжке крепления 32 крышки, при этом остается зазор якоря 21 с корпусом 1 и крышкой 31 выключателя, ограничивай:.щий Соковое смещение якоря 21 при сближении с сердечником 16 (фиг. 4).

Автоматический выключатель работает следующим образом.

Быстав-ение устэвки по току срабатывания электромагнитного максимального расцепителя 6 тока может осуществляються как в выключателе, так и вне выключателя. Отвертку или иной инструмент прижимают к хвостовику 12 дополнительного немагнитного торцового упора 11 и подгибают его неупругим изгибом в направлении выступа 17 сердечника 16. Свободный конец хвостовика 12, упираясь в клапан 22, разворачивает якорь как одноплечий рычаг, сидящий на дополнительном немагнитном торцовом упоре 11, и сжимает возвратную пружину 15. При этом выступ 17 сердечника 16 заглубляется в сквозное отверстие 26. Мерностью неупругого изгиба хвостовика 12 дополнительного немагнитного торцового

упора в направлении сердечника 16 служит

0 заглубление выступа 17 в сквозное отверстие 26 клапана 22, изгиб хвостовика проводят до положения, при котором кромки торца выступа 17 находятся в пределах толщины клапана 22 (фиг. 2-4).

5После прекращения неупругого подгиба и снятия отвертки с хвостовика 12 он продолжает, упираясь в клапан 22, удерживать якорь 21 в установленном положении, при котором сердечник 16 и его выступ 17 образуют с клапаном 22 якоря 21 воздушные зазоры: С, равный рабочего ходу якоря, и D, меньший расстояния от торца сердечника 16 до клапана 22.

Таким образом, единым процессом не- упругого подгиба хвостовика 12 дополнительного немагнитного торцового упора 11 устанавливаются и фиксируются рабочий ход С якоря 21. усилие возвратной пружины 15, воздушный зазор D между заглублен0 ным выступом 17 сердечника 16 и клапаном 22, которые конструктивно обеспечивают заданную уставку по току срабатывания при необходимом числе ампер-витков токовой катушки.

5 На практике установление мерного заглубления выступа 17 в сквозное отверстие 26 клапана 22 неупругим изгибом хвостовика 12 может привести к результату, при котором кромки торца выступа 17 выходят за

0 толщину клапана 22 в одну или доугую сторону (фиг. 8 и 9). При выходе кромок торца выступа 17 из клапана 22 на величину, не превышающую 1/2 толщины клапана (фиг. 8). рабочий ход С якоря 21 уменьшается,

5 однако уставкэ по току срабатывания электромагнитного максимального расцепителя тока остается прежней, так как усилие притяжения якоря 21 в направлении срабатывания при конкретной установившейся

0 величине тока нагрузки не возрастает из-за увеличения зазора D. сжатия пружины и появления усилия притяжения клапана 22 к кромке торца выступа 17 в направлении, препятствующем срабатыванию.

5Выход кромки торца выступа 17 из клапана 22 в другую сторону (фиг. 9) на величину, не превышающую 1/2 толщины клапана 22. увеличивает рабочий ход С якоря 21 и образует зазор С между кромкой торца вы0 ступа 17 и клапаном 22. В этом случае устав- ка по току срабатывания остается прежней (или может незначительно снизиться), так как зазор С -D, уменьшаются противодействующее усилие пружины и потери мэгнит5 нога потока в заглублении.

В цепи защищаемого энергоприемникэ при токе нагрузки, проходящем по намагничивающей катушке 18 и не превышающем

0,8 уставки по току срабатывания, силы магнитного притяжения клапана 22 якоря 21 к выступу 17 сердечника 16 меньше усилия возвратной пружины 15, препятствующей их сближению. Электромагнитный мэкси- мальный расцепитель 6 тока остается в исходном состоянии, якорь 21 наклонен относительно сердечника 16 и как одноплечий рычаг лежит на ребре немагнитного торцового упора 11 и стальной возвратной пружине 15, усилием которой поджат к хвостовику 12 дополнительного немагнитного торцового упора 11 до соприкосновения кромки отверстия 27 с внутренней гранью хвостовика 12 и наружной поверхности кла- пана 22 со свободным концом хвостовика 12. Усилия магнитного притяжения клапана 22 якоря 21 к торцу сердечника 16 (зазор С), к торцам ветвей 8 и 9 (зазоры А и В) - скобы магнитопроеода 7, торца центрирующей ветви24 хвостовика 23- к дну паза 14 (зазор Е) в сумме значительно меньше усилия притяжения клапана 22 к выступу 17 (зазор D) (фиг. 1-4).

Ток в защищаемой цепи, проходящий по намагничивающей катушке 18, достиг 0,8 устзвки по току срабатывания и продолжает нарастать. Рабочий магнитный поток (зазор D) концентрируется на кромке выступа 17 сердечника ч 6 и распределяется по обеим ветвям 8 и 9 с о бы магнитопровода 7 равномерно, так кик сопротивпения магнитных цепей обеих вете-;й близки по величине из- за наличия в одно-А зетви 9 дополнительного немагнитного торцового упора 11 воздуш- ного зазора В между клапаном 22 и торцом ветви 9, а в другой ветви 8 в пазу 14 - стальной возвратной пружины 15, соединяющей ее с клэпаном 22 как магнитьый шунт.

Так как через воздушный заэоо D про- хсдит рабочий мггнитчый поток (D меньше расстояния между торцом сердечника 16 и клапаном 221. а через зазоры А, В, С и Е - только часть его то наибольшее усилие притяжения обеспечивается между кромкой за- сгубленного выступа 17 и клапаном 22, превысив усилие возвратной пружины 15, оно определяет трогание ькоря 21, отход его клапана 22 от свободного конца хвостовика 12 дополнительного немагнитного торцово- го упора 11. Составляющая усилия притяже- ния клапана 22 к заглубленному выступу 17 направлена вдоль клапана 22, что оставляет якорь 21 поджатым, сохраняет соприкосновение кромки прямоугольного отверстия 27 с внутренней гранью хвостовика 12 и обуславливает перемещение якоря 21 только по дуге окружности (фиг. 5).

После трогания якоря 21 воздушные зазоры А, В, С и Е уменьшаются, суммарное

силие притяжения клапана возрастает незначительно, так как увеличиваются зазор D, усилие возвратной пружины 15 и доля магнитного потока, не участвующая в притяжении (магнитный поток по поверхности заглубления), Однако якорь 21 продолжает двигаться к сердечнику 16, так как рост тока, величины и доли рабочего магнитного потока в зазоре С между торцом сердечника 16 и клапаном 22 и силы притяжения клапана 22 к сердечнику 16 более крутой, чем рост усилия возвратной пружины 15. По мере приближения якоря 21 к сердечнику 16 зазор D продолжает расти, а магнитный поток торец сердечника 16 - клапан 22 становится определяющим, выступ 17 сердечника 16, РЫХОДИТ за пределы толщины клапана 22, центрирующая ветвь24 хвостовика23 «коря 21 входит в паз 14, от стенок которого она изолирована стальной возвратной пружиной 15, усилие притяжение торца центрирующей ветви 24 к дну паза 14 и усилие притяжения гкоря 21 к торцу ветви 8 препятствуют боковому смещению якоря усилием притяжения к выступу 17 по поверхности заглубления. Ударная ветвь 25 хвостовика 2Г якоря 22 приС-чижается к фиксатору 4 I.1 эй к и зацепления и. пройдя расстояние S, дсстигает его при рабочем ходе 19% от исходного С. .

Достигнув фиксатора 4 защелки зацепления ударная ветвь 25 хвостовика 23 якоря 2 разворачивает его и освобо -дэет от зацепления рычаг свободного расцепления при рабочем ходе 9% от исходного С. Дальнейшее притяжение якоря к сердечнику не используется. Когда якорь достигает сердечника (фиг. 6 и 7), зазоры С, А. В и , а зазоо D принимает максимальное значение и, если дополнительный немагнитный торцовый упор установлен выше торца ветви скобы, . тк-н й зазор В сохганг-.. величину. После освобождения рычага свободного расцепления контактодержатели гасительно- контрольного устройства 2 расходятся и цепь тока нагрузки прерывается. Усилием возвратной пружины 15 якорь 21 возвращается в исходное положение.

Предложенный автоматический выключатель позволяет рационально использовать распределение магнитного потока и усилия притяжения якоря при работе электромагнитного максимального расцепителя тока, что влечет за собой повышение надежности защиты, обеспечение стабильности времятоковых характеристик срабатывания и несрабатывания и снижение потребляемой мощности.

Предлагаемая конструкция автоматического выключателя позволяет повысить качество и точность калибровки, осуществлять установку и фиксацию устэвки по току срабатывания электромагнитного максимального расцепления тока единым процессом подгиба хвостовика дополнительного немагнитного торцового упора, в том числе вне выключателя и его цепи, без тока. Это влечет за собой снижение требований к уровню квалификации рабочего персонала.

У известного устройства калибровку ведет электроперсонал на стенде под током, квалификация - 4-5 разряд. Установку ус- тавки по току срабатывания электромагнитному максимальному расцеплению тока предложенного выключателя проводят вне аппарата, без тока - в процессе сборки, квалификация - 2-3 разряд.

Это исключает дорогостоящие стенды, уменьшает расход меди, так как предложенная конструкция выключателя обеспечивает рабочие характеристики при меньшем, чем у прототипа, числе ампер-витков, исключает затраты электроэнергии на работу стендов. уменьшает ручной труб (нет вращения винта и фиксации мастикой) и снижает затраты времени на установку и фиксацию устэвки по току срабатывания.

У известного устройства установка ус- таеки - не более 50 с. фц сацпя мзстикой (до высыхания) - не менее 300 с. У предложенного автоматического выключателя установка уставки и фиксация - не более 5 с.

Предлагаемая конструкция автоматического выключателя по сравнению с известно/ более проста и экономична по расходу мзтерийпос не требует неразъемного креп- гения магннтепроводз к когг.су. не имеет сегулиос зочногс е/нтз и кол-ачкэ еозврат- ной пр-.-.-кины. не требуем про-очки сердечника и немагнитной шайбы фиксации каркаса токовой катушки на сердечнике. Кроме того, уменьшен расход стали и у известного устройства магнитопровод выполнен из стали толщиной 2 мм. а у предложенного выключателя - из стали толщиной 1 мм.

Вес электромагнитного максимального расцепителя тока предложенного автоматического выключателя (10.7 г) ниже, чем у известного (18.1 г) (для одинаковых номинальных токов).

Полезный рабочий ход якоря предложенного расцепителя. используемый для сброса защелки, составляет 81% (у известного 29%).

Формула изобретения

1. Автоматический выключатель, содержащий корпус, гэсительно-контактный ме- 5 ханчзм, приходной механизм свободного расцепления, фиксатор защелки зацепления, тепловой термобиметаллический расцепитель и электромагнитный максимальный расцепитель тока, включающий

0 скобу магнитопровода с вятвями и торцовым упором, сердечник, жестко закрепленный на скобе магнитопровода между ее ветвями, токовую катушку, плоский якорь, расположенный на торцовом упоре скобы

5 магнитопровода, удерживаемый на нем усилием регулируемой возвратной пружины с угловым воздушным зазором относительно сердечника и выполненный в виде рычага с прямоугольным отверстием, через которое

0 проходит хвостовик торцового упора скобы магнитопровода, с клапаном и хвостовиком, взаимодействующим с фиксатором защелки зацепления при срабатывании, отличающийся тем, что, с целью повышения

5 надежности работы, повышения точности, упрощения конструкции и калибровки с одновременным снижением потребляемой мощности, клапан якоря выполнен со скзоз- ным отверстием, сердечник выполнен с вы0 ступом, выступ з а л у б л е н в сквозное отверстие клапана якоря и образует пс поверхности заглубления воздушный зазор, размер которого не превосходит размера воздушного зазора между сердечником и

5 клапаном якоря, скоба магнитопровода в одной ветви снабжена дополнительным немагнитным торцовым упором для плоского якоря и образует с клапаном якоря немагнитный зазор, з в др-угс-й ее еетв. размгще0 на стальная возвратная пружина, соединяющая скоб .-1 мэгнитопровода с клапаном якоря как мз нитный шунт, при этом наклон якоря к сердечнику устанавливается и фиксируется подгибом хвостовика допол5 нительного немагнитного торцового упора, а ось сквозного отверстия клапана якоря смещена относительно оси выступа сердечника так. что выступ сердечника расположен эксцентрично относительно указанного отвер0 стия в направлении продольной оси якоря.

2. Выключатель поп. 1, о т л и ч а ю щ и- й с я тем, что хвостовик якоря разделен на две ветви - ударную и центрирующую, причем центрирующая ветвь заходит е сталь- 5 ную возвратную пружину.

3. Выключатель поп, 1,отличающи- й с я тем, что высота выступа сердечника выполнена больше размера воздушного зазора между клапаном якоря и сердечником.

16

18

25

/У

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение надежности работы, повышение точности и упрощение конструкции и калибровки. Отличительной особенностью выключателя является то. что клапан (К) 22 якоря (Я) 21 снабжен сквозным отверстием 26, площадь которого меньше площади сечения сердечника С(16). а ось смещена отно- сительно оси С 16, выполненного с выступом 17, высота которого больше расстояния между С 16 и К 22, хвостовик 23 Я 21 разделен на две ветви - ударную 25 и центрирующую 24. Скоба мэгнитопровода 7 в одной ветви 25 снабжена немагнитным

&«.

Е

CS4

N

Јi

/

Г

4j

S

i

«

ч

.л- .v .

ч

Фиг. 6

SS

Фиг. 8

//

Фиг. 9

25