Быстродействующий привод выключателя постоянного тока

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 119) 111) 99 А 1 71 43. 7 15115 ЕТЕ А ение относит лектрических .ОГО тока и П я защиты по телей. я к области низаппаратов защиредназначено, в упроводниковых Изобре овольтных ы постоя н СНОВНОМ, ДЛ реобразов жнои работы разователей ющие автомаенного и поСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯ И ГКНТ СССР САНИЕ ИЗОБ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРМ 296172, кл. Н 01 Н 73/38, 1971.Карпенко Л, И, Быстродействующиеэлектродинамические отключающие устройства,- ЛЭнергия, 1973. с. 22-27,Дзежбицки С., Бальчук ЕТокоограничивающие выключатели переменного тока.Пер. с польск,- Л.: Энергоиздат. 1982, с. 3132,(54) БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ПРИВОДВ Ы КЛ ЮЧАТЕЛ Я ПОСТОЯ Н НО ГО ТОКА Для обеспечения надеполупроводниковых преобприменяются быстродействутические выключатели перемстоянного тока.Токоограничивающая способность выключателей определяется в основном быстродействием привода главных контактов и эффективностью дугогасител ьной камеры,. Известны быстродействующие приводы электродинамического типа, основанные на взаимодействии контактодержателей(57) Использование: в низковольтных электрических аппаратах защиты постоянного тока, преимущественно для защиты пелупроводниковых преобразователей. Сущность изобретения; в среднем стержне Ш-образной магнитной системы выполнено сквозное отверстие, в котором свободно расположен толкатель якоря, В основании магнитной системы симметрично относительно первого сквозного отверстия выполнены два сквозных отверстия, в которых свободно установлены дополнительныетолкатели, перемещаемые при прохождении тока по короткозамкнутой обмотке, установленной на среднем стержне магнитной системы, Дополнительные толкатели через изоляционную колодку действуют на подвижные контакты, размыкая цепь. 1 э.п, ф-лы, 6 ил,главных контактов при протекании по ним токов короткого замыкания.Недостатком данных приводов являются сравнительно с другими приводами малые величины сил при токах уставки, равных (2-4) но, требуемых для защиты полупроводниковых преобразователей; Это обуславливает повышенные значения времен размыкания контактов и, следовательно, низкую токоограничивающую способность выключателей,Известны быстродействующие индукционно-динамические приводы с емкостным источником питания.Данные приводы обеспечивают необходимое токоогран 1 чение выключателей.Однако их недостатками являются повышенные габариты, материалоемкость и10 20 25 30 35 40 45 50 55 стоимость вследствие применения конденсаторов.Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является электромагнитный привод с токовой обмоткой с непосредственным воздействием якоря на подвижный мостиковый контактодержатель главных контактов через толкатель к токоограничивающим выключателям фирмы АЭГ.Недостатком данного привода является малое быстродействием вследствие запаздывания движейия подвижного контактодержателя после достижения тока уставки, поскольку необходим выбор зазора между толкателем и подвижным контактодержателем, а также вследствие присущей электромагнитным приводам меньшей скорости из-за повышенной массы якоря. Уменьшение зазора до нуля невозможно вследствие уменьшения нажатия на контакты при увеличении тока, Увеличение же силы контактной пружины приводит к уменьшению быстродействия, Уменьшение массы якоря ограничено насыщением магнитной системы и, следовательно, ведет к уменьшению силы и быстродействия.Цель изобретения - повышение быстродействия привода для токоограничивающихвыключателей постоянного тока при ограниченных габаритах и стоимости.Поставленная цель дос игается тем, что быстродействующий привод выключателя постоянного тока, содержащий магнитную систему с токовой обмоткой, якоря, толка- тель якоря, расположенный между якорем и контактодержателем подвижных контактов тем, снабжен короткозамкнутой обмоткой, двумя дополнительными толкателями и изоляционной колодкой, магнитная система выполнена Ш-образной, в среднем стержне магнитной системы выполнено сквозное отверстие, в котором свободно расположен толкатель якоря, короткозамкнутая обмотка установлена на среднем стержне между токовой обмоткой и основанием магнитной системы, в котором симметрично относительно сквозного отверстия в среднем стержне выполнены два сквозных отверстия так, что свободно установленные в этих отверстиях дополнительные толкатели имеют возможность взаимодействия с коротко- замкнутой обмоткой, подпружиненной относительно основания магнитной системы, на выступающей из сквозного отверстия части толкателя якоря свободно установлена изоляционная колодка с возможностью взаимодействия одной стороной с контактодержателем подвижных контактов выключателя, а другой стороной - с дополнительными толкателями, а также тем, что расстояние между средним и крайними стержнями Ш-образной магнитной системы в месте расположения короткозамкнутой обмотки выполнено меньшим, чем в месте расположения токовой обмотки.Именно за счет того, что на контактодержатель подвижных контактов действуюттолкатели короткозамкнутой обмотки, а затем толкатель якоря, достигается повышение быстродействия привода приограниченных габаритах и стоимости.На фиг, 1, 2 и 3 представлены проекции конструкции предлагаемого привода в отключенном состоянии выключателя; на фиг, 4 и 5 - то же, во включенном состояниивыключателя при величине тока в токовой катушке, меньшей тока уставки; на фиг. 6 - графики изменения переменных величин,Привод быстродействующего выключателя постоянного тока (фиг, 1, 2 и 3) содеркит неподвижную магнитную систему 1 Ш-образной формы, неподвижную токовую обмотку 2 прямоугольного сечения, намотанную, преимущественно медной лентойподвижный якорь 3, толкатель якоря 4, свободно проходящий через сквозное отверстие по центру среднего стержня неподвижной магнитной системы, пружину растякения 5, неподвижный упор 6, подвижную короткозамкнутую обмотку 7 прямоугольного сечения, скобы 8, жестко соединенные с подвижной короткозамкнутой обмоткой 7, пружины сжатия 9, неподвижные упоры 10, дополнительные толкатели 11, проходящие свободно черезсквозные отверстия неподвижной магнитной системы, изоляционную колодку 12 с отверстием по центру, через которое свободно проходит толкатель якоря 4,На фиг. 1-5 также показаны основные узлы контактной системы выключателя, на которую воздействует привод. Она содержит контактодержатель 13 с подвижными контактами, выполненный в виде мостика; пружину сжатия 14, осуществляющую контактное нажатие, обойму 15, связанную кинематически с механизмом свободного расцепления выключателя, контактодержатели 16 неподвижных контактов с выводными шинами,На фиг, 1-5 для упрощения не показаны направляющие для движения якоря 3 и короткозамкнутой обмотки 7, детали крепления магнитной системы 1 и обмотки 2, механизм свободного расцепления и его связь с обоймой 15.Длина толкателя 4 может быть выбрана из условия обеспечения необходимого раствора главных контактов при притянутомякоре 3 и неподвижной магнитной системе1, Токовая обмотка 2 соединена последовательно с контактами контактной системы,В отключенном состоянии выключателя(фиг. 1, 2 и 3) обойма 15 вместе с контактодержателем 13 и пружиной 14 отведена отнеподвижных контактов.Якорь 3 пружиной растяжения 5 поджатк упору 6, короткозамкнутая обмотка 7 пружинами сжатия 9 через скобы 8 поджата кмагнитной системе 1, Толкатели 11 вместе сизоляционной колодкой 12 находятся в верхнем положении. Колодка 12 и контактодержатель 13 могут быть взаимно расположеныс воздушным зазором или касаться другдруга. Толкатели 11 и колодка 12 могут бытьлибо соединены жестко, либо касаться другдруга.Постоянный ток, проходящий по токовой обмотке 2, создает в магнитной системе1 магнитный поток Ф, проходящий по центральному стержню и далее параллельно покрайним стержням и через воздушные зазо ры между крайними стержнями и концамиякоря 3 через воздушный зазор между якорем 3 и центральным стержнем,На якорь 3 действует электромагнитнаясила Гэ, притягивающая его к неподвижной магнитной системе. Значение силы пружины растяжения 5 выбирается из условияотрыва якоря 3 от упора 6 при токе уставкивыключателя,Разность сил пружины сжатия 14 и пружин сжатия 9 равна силе контактного нажатия, определяемого по условиям нагреваконтактов при протекании номинальноготока.При включении и отключении номинального тока и изменении магнитного потока Ф в короткоэамкнутой обмотке 7 наводится ток 12, что приводит к возникновению силы Р направленной в сторону толкателей 11, Выбором параметров приводаобеспечивается отсутствие размыканияконтактов и недопустимого по условиям ихнагрева уменьшения кратковременно силыконтактного нажатия,При возникновении в защищаемом выключателем преобразователе короткого замыкания происходит увеличение тока 1 втоковой обмотке 2 и потока Ф с повышеннойскоростью, что вызывает резкое увеличениетока 12 в короткозамкнутой обмотке 7 и соответственно силы Рп, а также силы Еэ(фиг, 4).Поскольку между толкателем 4 и контактодержателем 13 подвижных контактовимеется зазор и сила Р, больше Рэм на начальном этапе роста тока короткого замыкания, то размыкание контактов происходитпод действием толкателей 11,Повышенное значение силы Г, на начальном этапе обусловлено наведением в5 короткозамкнутой обмотке 7 тока 1 г приближенно равным 1 И, где В/ - число витковтоковой обмотки 2.На фиг, 6 показано качественное изменение сил Гп и Рэм, токов 11 и 1., перемеще 10 ния д короткозамкнутой обмотки 7,перемещения д 2 якоря 3 и перемещения дконтактов.При ограничении тока 1 электрическойдугой, возникающей между раэмыкающи 15 мися контактами, происходит уменьшениескорости изменения тока 11 и, соответственно, уменьшение тока 12 и силы Г, Этоприводит к уменьшению скорости перемещения контактов дп, При этом будет проис 20 ходить увеличение магнитного потока Фи,соответственно, силы Рэм за счет уменьшения воздушного зазора между якорем 3 инеподвижной магнитной системой 1 иуменьшение размагничивающего действия25 подвижной короткоэамкнутой обмотки 7,поскольку приближенноФ (111 И 1. 12)(ЗВ30 1 Св- -д д/то -1 2,йо 52 где Ов - общая магнитная проводимость 35 воздушных зазоров, д (фиг. 1, 2);5 л - площадь торца центрального стержня;5 р - площадь прилегания якоря и крайнего стержня;40 ро - магнитная проницаемость воздуха.Это приводит к ускорению перемещения д 2 якоря 3 и его воздействию с контактодержателем 13 подвижных контактов в момент времени т. Далее движение указан ного контактодержателя 13 происходиттолько под действием якоря 3.При этом масса короткозамкнутой обмотки 7 и изоляционной колодки 12 не оказывает тормозящего действия на движение якоря 3 с контактодержателем 12 подвижных контактов.В процессе движения якорь 3 воздействует на механизм свободного расцепления (не показан), что вызывает размыкание главных контактов на заданный раствор после отключения тока и возврата якоря 3 в исходное положение, показанное на фиг, 1, 2 и 3, под действием пружины растяжения 5.10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 При малой скорости нарастания тока короткого замыкания, вызванной повышенным значением индуктивности контура, когда величины силы Гменьше силы контактного нажатия, размыкание контактов происходит под действием якоря 3 с запаздыванием, однако при этом токоограничивающая способность выключателя не ухудшается, поскольку за время запаздывания ток короткого замыкания существенно не увевнчивается.По сравнению с устройством-прототипом предлагаемое устройство обладает следующими преимуществами:- на коитактодержатель подвижных контактов без запаздывания, свойственного электромагнитному приводу по прототипу из-за необходимости введения зазора между якорем и указанным контактодержателем, действует сила от короткозамкнутой обмотки, что уменьшает время размыкания главных контактов;- скорость размыкания контактов, определяющая в первую очередь токоограничивающую способность выключателя, увеличивается за счет большей силы Рп по сравнению с Г;л и меньшей массы коротко- замкнутой обмотки по сравнению с массой якоря;- в одной конструкции с общей магнитной системой сочетаются два типа привода - электромагнитный и электродинамичеокий, воздействующие последовательно на контактодержатель подвижных контактов;- сочетание двух типов приводов позволяет одновременно устранить недостаток электродинамического привода, заключающийся в существовании зоны токов, в которой возможен отброс и последующий возврат контактодержателя подвижных контактов с вероятностью приваривания контактов, и недостаток электромагнитного привода, заключающийся в запаздывании воздействия на указанный контактодержатель. Поскольку величины токов в коротко- замкнутой обмотке 7 и, соответственно, силы Г действующей на короткозамкнутую обмотку 7, пропорциональны числу витков токовой обмотки 2, то желательно их увеличивать. Однако при этом увеличиваются активное сопротивление токовой обмотки 2 и, соответственно, тепловые потери в ней, это вызывает недопустимый нагрев выключателя. Поэтому необходимо увеличивать сечение токовой обмотки 2 и, соответственно, ширину пазов в неподвижной магнитной системе. Увеличение высоты токовой обмотки 2 нежелательно вследствие большего увели. чения длины ма и гнои цепи и влияния потерь намагничиялнпцей силы. С другой стороны, величина силы, действующей на подвижную короткозамкнутую обмотку, равная2 ро 6 ЬРпс где 12 - ток в короткозамкнутой обмотке;Ь - длина обмотки в пазу фиг, 2);с - ширина паза (фиг. 1).обратно пропорциональна ширине паза (в пределах до насыщения магнитной системы), Отсюда следует, что для привода выключателей на повышенные номинальные токи ориентировочно более 63 А) целесообразно применять Ш-образную магнитную систему, в которой ширина пазов в месте расположения короткозамкнутой обмотки 7 была бы меньше, чем в месте расположения токовой обмотки 2. Данный вариант конструкции показан на фиг, 1-3. Ее недостаток - более сложная форма магнитной системы - компенсируется преимуществами: уменьшением тепловых потерь в токовой обмотке, повышением быстродействия,Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство позволяет повысить быстродействие привода для токоограничивающих выключателей постоянного тока при ограниченных его габаритах и стоимости за счет того, что на контактодержатель главных подвижных контактов действуют толкатели короткозамкнутой обмотки и толкатель якоря, установленные заявляемым образом, а также за счет применения совмещенной магнитной системы.Формула изобретения 1. Быстродействующий привод выключателя постоянного тока, содержащий магнитную систему с токовой обмоткой, якорь, толкатель якоря, расположенный между якорем и контактодержателем подвижных контактов выключателя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быстродействия при сохранении габаритов и стоимости, он снабжен короткозамкнутой обмоткой, двумя дополнительными толкателями и изоляционной колодкой, магнитная система выполнена Ш-образной, в среднем стержне магнитной системы выполнено сквозное отверстие, в котором свободно расположен толкатель якоря, короткозамкнутая обмотка установлена на среднем стержне между токовой обмоткой и основанием магнитной системы, в котором симметрично относительно сквозного отверстия в среднем стержне выполнены два сквозных отверстия так, что свободно установленные в этих отверстиях дополни 175 Р 699 1 Отельные толкатели имеют возможность взаимодействия с короткозамкнутой обмоткой, подпружиненной относительно основания магнитной системы, на выступающей из сквозного отверстия части толкателя якоря свободно установлена изоляционная колодка с возможностью взаимодействия одной стороной с контактодержателем подвижных контактов выключателя. а друой с.оро ноЙс дополнительными толкателами,2. Привод по и, 1, о т л и ч л л щ и й с цтем, что расстояние между среди 1 м и 5 крайними стержнями Ш-образной магнитной системы в месте расположения короткозамкнутой обмотки выполнено меньшим.чем в месте расположения токовой обмотки1758699 Составитель Г.Могилевскийедактор Л.Веселовская Техред М.Моргентал Корректор М,Демчик Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 каз 3003 ТиражВНИИПИ Государственного комитета по113035, Москва, ЖПодписноебретениям и открытиям при ГКНТ СССРаушская наб., 4/5