Расцепитель максимального тока Советский патент 1993 года по МПК H01H73/18 H01H77/10 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к низковольтному аппаратост- роению, в частности к автоматическим выключателям,

Известен расцепитель максимального тока автоматического выключателя, содержащий термочувствительный элемент кос- венного нагрева из материала, обладающего обратимой памятью формы.

Недостатком данного устройства является сложность закрепления нагревателя и низкая надежность из-за снижения термостойкости термочувствительного элемента. . Указанных недостатков лишен расцепитель максимального тока автоматического

выключателя, содержащий термочувствительный элемент косвенного нагрева из материала, обладающего обратимой памятью формы, в котором STOT элемент при нагреве разгибается в сторону механизма свободного расцепления. Кроме того, такой элемент выполнен современной чувствительностью по длине, а нагреватель размещен вблизи участка термочувствительного элемента, имеющего максимальную чувствительность.

Недостатком указанного устройства является то, что оно требует специального на- греватедя для механизма теплового выключения защищаемой цепи, а также

00

ON СЛ СО

о

надежность его срабатывания, Последнее объясняется тем, что при больших кратно- стях тока перегрузки термочувствительный элемент не успевает прогреться по всей длине, вследствие чего с механизмом свободного расцепления взаимодействует непрогретая его часть, которая обладает значительно более низкими механическими характерЙстикаМЙТчем прогретая до температуры обратнд гб мартенситного перехода (температура срабатывания). :

Известен также расцёпитёль максимального тока автоматического выключателя,содержащий механизм электромагнитного и теплового выключения защищаемой цепи, термочувствитель- ный элемент косвенного нагрева, выполненный из материала с обратимой памятью формы, взятый заявителем за прототип. ;: : ; :--.. -v -,,, ::; . ..

Однако указанное устройство требует специального нагреватели, что усложняет конструкцию и ненадежно в срабатывании из-за изгибных деформаций термочувствительного элемента. V;/ : ; i;.;- :,

Цель изобретения - устранение указанных недостатков, -WJ.;;/::v ;:v ; . :-:Указанная цель достигается тем, что в известней устройстве в качестве нагревателя термочувствительного элемента используется участок уменьшенного сечения катушки электромагнитного расщепителя, а сам термочувствительный элемент выполнен в виде круглого в поперечном сечении стержня, которому придана Память круче- ния вокруг его продольной оси, причем его нижний конец выполнен с лыской и прикреплен к нагревателю, а верхний имеет Г-образную формуй взаимодействует с рейкой механизма свободного расцепления.

С целью экономии материала с обратимой памятью форм ы и увеличения срока службы термочувствительного элемента пу- Тсем п редуп рёждения появления в нем пластических деформаций-,, термочувствительный элемент с уменьшенной длиной участка, предназначенного для взаимодействия с рейкой механизма свободного расцепления, причем указанный участок снабжен насадкой, рабочая сторона которой имеет криволинейную поверх- ностьТ обеспечивающую оптимальное с ротношение величины деформационно-силовых характеристик и термочувствительного элемента и величины перемещения рейки механизма свободного расцепления.

Термочувствительный элемент также может быть снабжён/возвратной пружиной, имеющей усилие возврата порядка 0,150,25 от максимального значения усилия, генерируемого термочувствительным элементом при нагреве, причем усталостные свойства материала пружин ы должны быть

согласованы с изменением деформационно-силовых характеристик термочувствительного элемента.

Выполнение нагревателя термочувствительного элемента (ТЭ) в виде участка

уменьшенного сечения катушки электромагнитного расцепителя необходимо для того, чтобы использовать эту катушку для нагрева ТЭ, т.к. в этом случае отпадает необходимость в установке специального нагревателя ТЭ. :

Выполнение ТЭ в виде круглого в поперечном сечении стержня, которому придана память кручения вокруг его оси, нижний конец которого выполнен с лыской и прикреплен к нагревателю, а верхний имеет Г-образную форму и взаимодействует с рейкой механизма свободного расцепителя, необходимо для повышения надежности срабатывания, т.к. такой ТЭ обладает значительно более высокими удельными деформационно-силовыми характеристиками

из-за приданной ему памяти кручения по сравнению с памятью, выраженной в изгибе. Это объясняется тем, что в процессе

придания формы материал должен деформироваться таким образом, чтобы весь-его объем претерпевал однонаправленные и равные по величине деформации. Этим обеспечивается включение всего объема мате риал а в работу -л генерируются максимальные усилия. Подобные условия работы материала достигаются лишь в двух случаях деформации - осевого растяжения и кручения, а изгибные деформации являются разненаправленными, т.к. при этом внешние -слои материала подвергаются растяжению, внутренние - сжатию, а средние почти не деформируются.

Выполнение ТЭ с уменьшенной длиной

и с насадкой в верхней его части, рабочая сторона которого имеет такую криволинейную поверхность, которая обеспечивает оп- тимальное соотношение величины деформационно-силовых характеристик

термочувствительного элемента и величины перемещения рейки механизма свободного расцепления необходимо для:

- экономии материала с обратимой памятью формы, т.к. в данном случае он не расходуется на выполнение Г-образного загиба в верхней его части;

- повышение надежности срабатывания ТЭ, т.к. с рейкой взаимодействует не Г-образная часть ТЭ, а насадка, что позво- ляет избежать накопления пластических деформаций. Это объясняется тем, что прогрев ТЭ до температуры обратного мартен- ситного перехода и соответственно включение в работу участков рабочей части ТЭ по вертикали происходит постепенно.

Здесь необходимо отметить, что ТЭ со- стоит из трех частей:

нижней части, выполненной с лыской, которая крепится к нагревателю и в работе не участвует; рабочей части, которая расположена выше нижней части до самого гори- зонтального плеча Г-образной верхней части ТЭ, которая и генерирует усилия; рычага, т.е. горизонтального плеча Г-образной верхней части, которая не генерирует усилия, а только взаимодействует с рейкой ме- ханизма свободного расцепления.

Рычаг начинает взаимодействовать с рейкой задолго до того, как рабочая часть ТЭ прогреется полностью и ее температура достигнет точки мартенситного перехода. Поскольку в момент начала взаимодействия рычага с рейкой, генерируемое рабочей частью ТЭ намного меньше расчетного, то этого усилия может оказаться недостаточно для поворота рейки механизма свободного расцепления. Это приведет к пластической деформации непрогрет его участка рабочей части ТЭ. Эти деформации, накапливаясь от цикла к циклу, ведут к частичной или полной потере памяти формы, что снижает надеж- ность срабатывания, Чтобы этого избежать, .необходимо обеспечить такой режим взаимодействия ТЭ с рейкой, при котором требуемое перемещение рейки совпадало бы с моментом генерации максимальных усилий рабочей частью ТЭ. Для этого ТЭ может быть снабжен насадкой, криволинейная поверхность рабочей стороны которого имеет такой профиль, который позволяет согласовать моменты перемещения рейки механиз- ма свободного расцепления с моментом генерации максимального усилия рабочей частью термочувствительного элемента.

Выполнение ТЭ с возвратной пружиной необходимо для того, чтобы избежать необ- ходимости термотренинга ТЭ , который позволяет обработать обратимую память формы. Термотренинг обратимой, т.е. двоиной памяти формы, заключается в том, что ТЭ нагревают до температуры мартенситно- го перехода без нагрузки и охлаждают под нагрузкой. В этом случае, после 10-15 таких термоциклов у ТЭ появляется обратимая память, которая заключается в том, что при нагреве он принимает заданную при отжиге форму, а при охлаждении возвращается в исходную. Наличие пружины исключает необходимость в указанной предварительной операции, т.к. описанный процесс осуществляется в процессе непосредственной работы ТЭ за счет создания пружиной необходимого усилия растяжения (взведения) ТЭ. По данным экспериментов, проведенных авторами, такое усилие должно составлять величину порядка 0,25 от максимального значения усилия, генерируемого ТЭ, в первых термоциклах. Далее эта величина снижается, и к 10-15 циклу уменьшается, стабилизируется и составляет 0,15 от максимального значения усилия, генерируемого ТЭ. Поэтому необходимо согласование уста- лостных свойств материала пружины, которая бы в первых циклах создавала усилие растяжения 0,25, а к десятому-пятнадцато- му циклу - 0,15 от максимального усилия, генерируемого термочувствительным элементом. ;.;:-.- . V:-: ; : Ч Л ,-.-.: . ч : : i . v

Изобретение поясняется фиг. 1-3.

На фиг. 1 изображен механизм теплового выключения защищаемой цепи с использованием в качестве нагревателя одновитковой катушки электромагнитного выключения указанной цепи.

Этот механизм состоит из суженной части 1 катушки электромагнитного выключения защищаемой цепи, в которой выполнена проточка 2, закреплена нижняя часть 3 ТЭ таким образом, что лыска 4 последнего прилегает к проточке 2, что необходимо для повышения надёжности крепления и увеличения площади теплового контакта ТЭ с нагревателем 1. Позицией 5 обозначена рабочая часть ТЭ, а б - рычаг ТЭ.

На фиг.2 изображен поперечный разрез нижней части 3 ТЭ; на фиг.З - этот же механизм с тем отличием, что вместо рычага б ТЭ снабжен насадкой, например, в виде эксцентрика 7 и возвратной пружиной 8 (на фиг.1 эта пружина условно не показана). Рейка механизма свободного расцепления обозначена позицией 9.

На фиг.4 показан вид сверху последнего описанного механизма.

Термочувствительный элемент изготавливается из материала, обладающего обратимой памятью формы, например, из нитинола (сплава титана и никеля) с интервалом мартёнситного превращения (т.е. интервала температур, при которых ТЭ принимает заданную при отжиге форму), соответствующим необходимой температуре срабатывания автоматического выключателя при появлении тока нагрузки. Указанный элемент изготавливается в виде прямого стержня, в котором на нижней его части изготавливается лыска, после чего верхнюю его часть пластически деформируют до Г-об разной формы, но не превышая предельный

радиус загиба, который выражается известной зависимостью

R

2Ј

где Ј - степень деформации ТЭ (6-8%); б - его толщина.

Длина плеча Г-образного загиба должна быть равна величине перемещения рейки механизма свободного расцепления до срабатывания последнего..

В таком виде ТЭ подвергают отжигу при температуре 450-500°С в закрытом штампе в заневоленном состоянии в течение 30-60 минут, а после охлаждения его пластически деформируют, закручивая на один или несколько оборотов вокруг его продольной оси. Угол закручивания при этом не должен превышать величины, определяемой зави- симостью

е 2 I

где в - относительный угол закручивания;

I -длина ТЭ;

d - его диаметр; g-степень деформации ТЭ (6-8%).

После этого ТЭ необходимо подвергнуть описанному выше термотренингу. В случае же установки пружины возврата такой термотренинг не нужен.

Термочувствительный элемент закрепляется к нагревателю пайкой, сваркой или какими-либо крепежными приспособлениями. ;. ;;.: ..;.,, v;...:-::.,™.:;.v,:;::;/;:-.;,.- . ;.

Механизм теплового выключения защищаемой цепи расцёпйтёля максимального тока автоматического выключателя работает следующим образом.

При появлений тока перегрузки в защищаемой цепи на суженом участке 1 одновит- ковой катушки электромагнитного выключателя выделяется джоулевр тепло, которое передается на ТЭ через лыску 4. Нагреваясь до температуры обратного мар- тенситного перехода рабочая часть 5 ТЭ совершает механическую работу, вращаясь вокруг своей оси, при этом рычаг 6 ТЭ входит в конта кт с рей кой 9 и к моменту пол ного прогрева рабочей части 5 ТЭ. поворачивает рейку 9 на необходимую величину хода с необходимым усилием для включения механизма свободного расцепления (условно не показан). После прерывания цепи, рабочая часть 5 ТЭ охлаждается и при помощи пружины 8 или без нее возвращается в исходное положение.

В аналогичном механизме с ТЭ, снабженным эксцентриком 7 в контакт с рейкой 9 входит эксцентрик 7.

Предлагаемый расцепитель максимального тбка Отличается высокой надежностью и простотой конструкции и может быть использован для любых автоматических выключателей, содержащих механизмы электромагнитного и теплового выключения.--.--4;; - -;:-.;.;::-:. ; Л-,- Формула изобретения

1. Расцепитель максимального тока автоматического выключателя, содержащий механизмы электромагнитного и теплового выключения защищаемой цепи, термочувствительный элемент косвенного нагрева, выполненный из материала с обратимой памятью-формы, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности срабатывания, в качестае нагревателя использован участок уменьшенного сечения катушки электромагнитного расцепителя, термочувствительный элемент выполнен в виде круглого в поперечном сечении стержня, которому придана

паМять кручения вокруг его продольной оси, причем его нижний конец снабжен лыской и прикреплен к нагревателю, а верхний выполнен П-образной-формы и предназначен для взаимодействия с рейкой механизма

свободного расцепления. :

2. Расцепитель по п.1, о т л и ч а ю щ и й- с я Тем, что, с целью экономии материала с обратимой памятью формы и увеличения срока службы термочувствительного элемента путем предупреждения появления в нем пластических деформаций, термочувствительный элемент выполнен с уменьшенной длиной участка, предназначенного для взаимодействия с рейкой механизма свободного расцепления, причем указанный участок снабжен насадкой, рабочая стор.она которой имеет криволинейную поверхность, обеспечивающую оптимальное соотношение значений деформационно-силовых характеристик

термочувствительного элемента и перемещения рейки механизма свободного раСЦепле- НЙЯ. .;;;.:.,;.V: .. .. .

: 3. Расцепитель по nn.1 и 2, от л ича ю- щ и и с я тем/что термочувствительный эле- мент снабжен возвратной пружиной, ймею- щей усилие возврата порядка 0,15-0,25 от максимального значения усилия, генерируемого термочувствительным элементом при нагреве, причем усталостные характеристики материала возвратной пружины согласованы с изменением деформационно-силовых характеристик термочувствительного элемента.

Фиг.2.

Изобретение относится, в частности, к автоматическим выключателям. Цель изобретения - упрощение конструкции совмещения электромагнитного механизма выключения и теплового, а также повышение срабатывания последнего. Расцепитель максимального тока автоматического выключателя содержит механизмы электромагнитного и теплового выключения защищаемой цепи, термочувствительный элемент расцепителя выполнен из материала с обратимой термомеханической памятью формы, Новым в расцепителе является использование в качестве нагревателя термочувствительного элемента участка уменьшенного сечения одновитковой катушки электромагнитного расцепителя, а сам термочувствительный элемент выполнен в виде круглого в поперечном сечений стержня; которому придана память кручения вокруг его продольной оси, причем его нижний конец снабжен лыской и прикреплен к нагревателю, а верхний выполнен Г-образной формы и взаимодействует с рейкой механизма свободного расцепления. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Фиг.{

Фи г А