Автоматический выключатель

(57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к автоматическимвыключателям, обеспечивающим защитуот токовых перегрузок и короткогозамыкания, и является усовершенствованием устройства по авт, св.Р 516121. Целью изобретения являетсяповышение надежности в работе. Благодаря снабжению хвостовика 35 якоря31 электромагнитного расцепителя 8О-образной скобой 36 и 37, внутрикоторой расположен один из концов рычагаря вы ьство СССР /66, 1973.Х Ю ГО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ставропольское отделение Всесо-.юзного научно-исследовательскогопроектно-конструкторского и технологического института низковольтногоаппаратостроения "ВНИИэлектроаппарати Харьковский политехнический институт им. В.И.Ленина) АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛ 17, и противоположнои части якоступом 39, расположенным между ф125611 . 10 15 20 25 30 40 сердечником 29 и якорем и направленным в сторону сердечника, обеспечивается рациональное распределение магнитного потока в электромагнитномрасцепителе 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 короткаго замыкания, и является усовершенствованием изобретения по авт. св.11 516121,Цель изобретения - повышение надежности в работе и расширение области применения.1 а фиг, 1 показан предлагаемый автоматический выключатель, разрез; на фиг. 2 - якорь электромагнитного расцепителя с хвостовиком, снабженным 0-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 - кинематическая схема расположения термобиметаллического элемента теплового расцепителя и якоря электромагнит -ного расцепителя к моменту выхода расцепляющего рычага с опорной плоскости фиксирующего рычага при нагрузке автоматического выключателя током срабатывания 1,2-1,35 1 ; на фиг, 5нфкинематическая схема расположения якоря электромагнитного расцепителя,фиксирующего, расцепляющего рычагови 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 дугагасительного устройства 5,выводных зажимов 6, рукоятки 7 управления, электромагнитного расцепира.:. 1 гз 5 .0 вч к УГеьшению времени сра ьвания автоматического выключат , как при токах перегрузки, так и при токах короткого замыкания по сравнению с известным. 5 ил. теля 8, теплового расцепителя 9 максимального тока, имеющего токоведущую стойку 10, к которой прикреплена термобиметаллическая пластина 11 с нагревательным элементом 12 и устройством 13 для фиксации расцепляющего рычага, подвижно установленным 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 6, что позволяет сохранять величину зацепления расцепляющего рычага 22 при регулировании величины зазора Н.Кронцтейн 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 поджатие его к эксцентриковому диску 25, связанному с регулировочным барабаном 26, обеспечивается пружиной 27. Электромагнитный клапанного типа расцепитель 8 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, создающими усилие, противодействующее срабатыванию, в наклонном положении относительно сердечника 29, образуя с ним рабочий воздушный зазор 8, ,причем пружина 33 размещена вдоль хвостовика 35, снабженного О-образной скобой со сторонами 36и 37, а винт 34 размещен вдоль противоположного плеча - клапана 38,снабженного выступом 39.Автоматический выключатель работает следующим образом. 5При прохождении тока нагрузки,равного по величине номинальному току 3 или току несрабатывания теплового расцепителя (например,1,05 1 ), в защищаемой цепи, а следо вательно, и через витки катушки 28сердечника 29 в электромагнитномрасцепителе 8 создаются силы магнитного притяжения, стремящиеся сомкнуть клапан 38 якоря 31 с сердечкиком 29, однако электромагнитный расцепитель не срабатывает,так как еготок уставки выше тока несрабатываниятеплового расцепителя,Нагревательныйэлемент 12 при обтекании этим током 20разогревает термобиметаллическуюпластину 11 теплового расцепителя 9,которая, деформируясь, изгибается всторону рамочной рейки 18, выбираетрабочий зазор Н, но не перемещает 25рамочной рейки, так как к этому времени достигает установившегося теплового режима.При технологической перегрузке, когда ток может измениться до величины, превышающий ток несрабатывания, например до 1,2 1 , термобиме.таллическая пластина 11 продолжает дополнительно нагреваясь,.развивать перемещение, поворачивая рамочную 35 рейку 18 на оси 19 против часовой стрелки. Рамочная рейка 18, воздействуя фиксирующим рычагом 17 на сторону 37 О -образной скобы хвостовика 35, сжимает пружину 33 регу.;ровки 40 уставки тока срабатывания электромагнитного расцепителя 8. Технологическая перегрузка длится, как правило, менее времени срабатывания, установленного автоматическому выклю чателю калибровкой теплового расцепителя. После снижения тока технологической нагрузки до величины несрабатывания термобимета.;лическая 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 55 37 О -образной скобы хностовика 35, разворачивает фиксирующий рычаг 17 по часовой стрелке и возвращает рамочную рейку 18 в исходное состояние.При токах нагрузки, близких повеличине току уставки теплового расцепителя (например, 1, = 1,21,35 1), термобиметаллическая пластина 11, разогреваемая разогревательным элементом 12, обтекаемым токомсрабатывания, близким по величинетоку уставки теплового расцепителя,поворачивая рамочную рейку 18 на оси19 против часовой стрелки, через фиксирующий рычаг 17 и сторону 37 О -образной скобы хвостовика 35 сжимаетпружину 33 и приближает клапан 38якоря 31 к сердечнику 29 электромагнитного расцепителя 8, уменьшая егорабочий воздушный зазор 8 . Приуменьшении рабочего воздушного зазора8, резко возрастает сила магнитногопритяжения клапана 32 к магнитопроводу 28. Возрастанию силы магнитногопритяжения способствует неравномерноераспределение магнитного потока в воздушном зазоре 8, между клапаном38 и сердечником 29 за счет образованного в клапане выступа 39, Сило/вые линии магнитного поля имеют большую концентрацию на выступе 39. Врезультате магнитное усилие притяжения клапана 38 к сердечнику 29 достигает большей величины, чем у известного выключателя для данного токанагрузки. 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 про 125615тиводействующему усилию сжимаемойпружины 33, полностью компенсируяего к моменту вывода иэ зацеплениярычага 17. Все это обеспечивает четкое срабатывание автоматического выключателя при заданном токе и времениперегрузки с подтверждением времятоковой характеристики, установленной ему калибровкой. Диапазон токовнесрабатывания, устанавливаемый регу Олировочным барабаном 26 в предлагаемом автоматическом выключателе,сохранен такой же, как у известного выключателя. Разброс характеристик срабатывания уменьшается и составляетпо времени (для величины времени срабатывания, установленной калибровкой8 мин) 4-87. У известного выключателяразброс для данного времени срабатывания до 357.При пусковых токах и токах нагрузки, меньших значения уставки токасрабатывания электромагнитного расцепителя, например 7 11 , (( 12 1 , разворот рамочной рейки18, как рычага, парой сил: усилиемдеформации нагревающейся термобиметаллической пластины 11 и усилиеммагнитного притяжения клапана 38 ксердечнику 29 приводит к уменьшениювоздушного зазора о, и, следовательно, к уменьшению уставки токасрабатывания электромагнитного расцепителя 8.При определенном зазоре о 8,между клапаном 38 и сердечником 29снижающаяся уставка тока срабатывания электромагнитного расцепителя8 достигает значения величины токанагрузки и клапан 38 якоря 31 момент-.40но притягивается к сердечнику.Перемещение выступа 39 клапана38 при уменьшении воздушного зазорапроисходит по дуге окружности,оа при приближении клапана к сердеч 45нику выступ 39, не мешая их соприкосновению,уходит за плоскость сердечника 29. Удар стороны 36 О -образной скобы хвостовика 35 по фиксирующему рычагу 17 выводит его иззацепления и освобождает расцепля 50ющий рычаг 22 механизма расцепленияконтактов, Моментное освобождениерасцепляющего рычага 22 значительноуменьшает разброс характеристик срабатывания автоматического выключате 55ля. Время его срабатывания, например при 7 1 от действия расцепителей того же номинального тока, что 05 . ау известного выключателя снижаетсяв 1,5-2,2 раза. Это открывает возможность применения предлагаемоговыключателя для пуска и защиты асин-хронных двигателей с малыми номинальными токами 0,3 А А.При токах, равных или незначительно превышающих уставку тока срабатывания электромагнитного расцепителя(например " н1 наге15 н фпри достижении током нагрузки уставки тока срабатывания электромагнитного расцепителя клапан 38 моментнопритягивается к сердечнику 29 и ударом стороны 36 О-образной скобыхвостовика 35 по фиксирующему рычагу17 выводит из зацепления расцепляющий рычаг 22, обеспечивая механизмом расцепления 3 разведения контактов 4,Быстродействие электромагнитногорасцепителя увеличивается (по сравнению с известным устройством) с увеличением силы притяжения клапана,обусловленным неравномерным распределением потока в воздушном зазоремагнитной цепи. Время отключения этого тока автоматическим выключателемсоставляет 18-25 мс (у известного40 мс).При токах нагрузки, значительнопревышающих уставку тЬка срабатывания электромагнитного расцепителя(например, 18 1 с 1 норгепкс ) фскорость нарастания больших токовкороткого замыкания промышленнойчастоты весьма значительна. Магнитная цепь электромагнитного расцепителя максимального тока 8 с токовойкатушкой 28 и воздушным зазором Ь,не может оказать практически ощутимого задерживающего влияния наизменение скорости роста тока короткого замыкания. Поэтому можно считать,что темп нарастания магнитногопотока в магнитопроводе и воздушном зазоре электромагнитного расцепителя пропорционален скорости ростатока короткого замыкания в защищаемой автоматическим выключателемцепи.При большой скорости нарастания магнитного потока в магнитной цепи, включающей стальной регулирсвочный винт 34, в клапане 38, имеющем просечку А , как в короткозамкнутом витке, возбуждается ток. Сила взаимодействия тока короткозамкнутого витка с магнитным потоком его вызыва 7 1256 ющим совпадением по направлению с силой магнитного притяжения клапана 38 с сердечнику 29.Клапан 38 с большой скоростью притягивается к сердечнику 29 и очень резким ударом стороны 36 О -образной скобы хвостовика 35 лишает зацепления фиксирующего рычага 17 с расцепляющим рычагом 22. Время от возникновения тока короткого замыкания до О сброса зацепления рычагов 17 и 22 у предлагаемого выключателя зависит не только от величины тока, но и от скорости его нарастания и составляет 0,8-1,2 мс (у известного зависит 15 только от величины тока и составляет не менее 5 мс). Значительное уменьшение времени от возникновения тока предельной ком мутации до сброса зацепления позволяет предлагаемому автоматическому выключателю отключить ток за 6-7 мс (10-16 мс у известного) и повысить надежность защиты оборудования. 25Предлагаемый автоматический выключатель позволяет рационально использовать распределение потока в магнитной цепи расцепителя с воздушным зазором и деформацию термобиме таллического элемента теплового расцепителя 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 изобретенияАвтоматический выключатель по авт. св, В 516121, отличающ и й с я тем, что, с целью повышения надежности в работе, хвостовик якоря электромагнитного расцепителя снабжен О -образной скобой, а противоположная часть якоря - выступом, расположенным в воздушном зазоре между сердечниКом и якорем и направленным в сторону сердечника, причем О-образная скоба размещена так, чтб один из концов фиксирующего рычага расположен внутри нее.1256105 1/52 Тираж 643ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений и113035, Москва, Ж, Р Подписноемитета СССРткрытийшская наб., д, 4/ аказ ческое предприятие, г. Ужгород, ул. Проект оизводственно-пол Составитель В.Коносов едактор А.Сабо Техред А.Кравчук Корректор В.Бутяга