Автоматический выключатель
Изобретение относится к низковольтным электрическим коммутационным аппаратам, в частности к автоматическим выключателям. В автоматическом выключателе стопорящие механизм усилия в двух защелках разделены на "малое" и "большое" с использованием расцепителей только для срыва зацепления с малым усилием. Другое зацепление осуществляют траверсой с подпружиненным выступом, а срыв его - энергией пружины контактного нажатия. Подвижный контактодержатель снабжен пуклевкой и сквозным пазом, размещен на торце пружины контактного нажатия. Расцепляющий рычаг снабжен пуклевкой и двумя соосными пазами, помещен на подвижный контактодержатель, а траверса выполнена в форме плоского вилочного трезубца, пропущена крайними зубцами через пазы расцепляющегося рычага и подвижного контактодержателя, центральным зубцом поджата к расцепляющему рычагу так, что один крайний зубец свободно входит в пружину контактного нажатия, а другой - в зацепление с подпружиненным выступом. Таким образом, конструкция предложенного выключателя расширяет диапазон исполнений и применения в сторону больших токов, повышает надежность коммутирования, являясь простой и дешевой. 4 ил.
Изобретение относится к электроаппаратостроению, в частности к конструкции автоматических выключателей, служащих для защиты электрических сетей потребителей электрической энергии.
Автоматические выключатели являются одним из основных представителей электрических аппаратов защиты линий и сетей от токов короткого замыкания и токов технологической нагрузки, превышающей допустимую. Известна конструкция автоматического выключателя, содержащего в изоляционном корпусе механизм свободного расцепления из двузвенного расцепляющего рычага, звенья которого шарнирно связаны подвижной осью, закрепленного на оси, и отключающей рейки, с которой входит в зацепление расцепляющий рычаг, неподвижный контактодержатель, подвижный контактодержатель, сидящий шарнирно на оси, связывающей звенья расцепляющего рычага, главную пружину контактного нажатия, рукоятку управления со скобой, воздействующую на подвижный контактодержатель через пружину контактного нажатия, дополнительную пружину, установленную между неподвижной частью корпуса и звеном расцепляющего рычага, максимальный расцепитель тока и дугогасительную камеру (А.С. СССР N 165883, кл. Н 01 Н 73/48, 75/02, 1986). К недостаткам этого выключателя относятся сложность конструкции и малая надежность коммутирования больших токов, вызванная переходом через нулевое положение главной пружины контактного нажатия как при включении, так и при отключении, повышенный расход гибких соединений и материала контактных накладок. Несколько упростить конструкцию, повысить надежность коммутирования удалось в других известных автоматических выключателях, за счет кинематики движения подвижного контактодержателя, исключающей переход главной пружины через нулевое положение, обеспечивающей плавное соприкосновение главных контактов при включении и моментное разъединение при отключении (Выключатели автоматические серии ВА60-26. Технические условия. ТУ16-90 ИГКЖ.64152.31 ТУ). Расцепляющий рычаг механизма свободного расцепления в этой конструкции выполнен однозвенным, входит в зацепление с подпружиненной отключающей рейкой и связан подвижными осями с подвижным контактодержателем и со звеном, преобразующим вращательное движение рукоятки в поступательное. К недостаткам известного выключателя относятся: сложность конструкции, необходимость введения двух дополнительных пружин, способствующих переводу преобразующего вращательное движение звена через нулевое положение, ненадежная сигнализация отключенного состояния при ее удержании и автоматическом отключении, необходимость перевода вращательного движения сидящей на оси рукоятки в поступательное движение подвижного контактодержателя, малая предельная коммутационная способность. Названные недостатки снижают возможности применения выключателя. Применение кнопочного управления коммутированием несколько упростило конструкцию других известных выключателей, у которых устранено звено преобразования вращательного движения и исключена подпружиненная отключающая рейка (А.С. СССР N 291261, кл. Н 01 Н 75/12, 1971). Известные автоматические выключатели содержат четырехзвенную систему механизма свободного расцепления с двумя выступами на среднем и крайнем шарнире, кнопкой включения и подпружиненной защелкой зацепления, двумя стопорами охватывающей выступ среднего шарнира, кнопку отключения с исполнительным рычагом, термобиметаллический элемент и электромагнитный расцепитель, размещенный между термобиметаллическим элементом и средним шарниром многозвенного механизма свободного расцепления так, что его якорь упирается одним концом в средний шарнир, другим концом в термобиметаллический элемент через исполнительный рычаг кнопки отключения, при этом защелка взаимодействует с другой стороны со средним шарниром. Известный кнопочный выключатель имеет следующие недостатки. 1. Сложность конструкции. 2. Ограниченность применения на различные номинальные токи из-за возрастания усилия перелома шарнирного механизма при увеличении контактного нажатия. 3. Не рациональное использование термобиметаллического элемента, поджатого в исходном состоянии к якорю и при срабатывании преодолевающего дополнительное сопротивление пружины электромагнитного расцепителя. 4. Большой разброс характеристик электромагнитного срабатывания из-за зависимости усилия трогания электромагнитного расцепителя от усилия перелома шарнира и изменяющегося усилия поджатия термоэлемента. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому выключателю является конструкция миниатюрного автоматического выключателя для защиты электрических сетей (ТУ16-522.049-76 на автоматические выключатели IC8-ПРI). В этой конструкции, выбранной в качестве прототипа, ручное управление коммутированием обеспечивается поступательным перемещением кнопки включения и кнопки отключения. Известный автоматический выключатель, содержит в корпусе неподвижный контактодержатель, подвижный контактодержатель, кнопку включения, кнопку отключения, механизм свободного расцепления с двумя зацеплениями, состоящий из пружины контактного нажатия, траверсы, подпружиненной с кнопкой включения, и поворотного расцепляющего рычага, тепловой расцепитель максимального тока с термобиметаллическим элементом и электромагнитный расцепитель максимального тока с поворотным якорем, имеющими возможность входить в зацепление с расцепляющим рычагом. Однако этому выключателю присущи недостатки 1. Сложность конструкции. Сложность конструкции обусловлена мостиковым контактом, требующим более мощных пружин для поджатия траверсы и контактного нажатия. 2. Узок диапазон исполнений и применения выключателя по номинальному току. Автоматические выключатели известной конструкции исполняются по ТУ только на два номинальные тока: Jн 6,3 А и Jн 10 А. Осложненность исполнения выключателя на большие 10 А номинальные токи вызвана невозможностью в данной миниатюрной конструкции повышения контактного нажатия без риска снижения стабильности характеристик срабатывания, так как суммарное усилие пружин контактного нажатия и траверсы уравновешивается практически одинаковыми реакциями в зацеплениях поворотного якоря и пластины термобиметалического элемента с расцепляющим рычагом. Иное распределение усилий реакций либо увеличение усилия, уравновешиваемого в зацеплениях, может недопустимо ухудшить характеристики срабатывания. 3. Недостаточна надежность работы выключателя: рабочий ресурс 6300 циклов, предельная коммутационная способность 500 А (действующее значение). Предлагаемое техническое решение открывает возможности расширить диапазон исполнений и применения известного выключателя, повысить надежность работы, упростить конструкцию. Сущность изобретения заключается в том, чтобы расширение диапазона исполнений выключателя по номинальному току сделать возможным с разделением по величине двух усилий реакций зацеплений, стопорящих механизм на "малое" и большое", и использованием электромагнитного и теплового расцепителей только для срыва одного зацепления с малым усилием. Для этого другое, с большим усилием, зацепление осуществлять траверсой с подпружиненным рычагом, предусмотрев срыв его за счет энергии пружины контактного нажатия. Сущность изобретения заключается и в том, чтобы одновременно с расширением диапазона исполнений выключателя в сторону больших токов повысить надежность работы, обусловив улучшение процесса коммутирования и упрощение конструкции новой кинематикой движения подвижного контактодержателя от соприкосновения с неподвижным контактодержателем до выхода на полное контактное нажатие при включении и от потери соприкосновения до выхода на полный раствор при отключении, а также использованием избыточного усилия ручного включения для обкатывания контактных поверхностей и их зачистки. Это становиться выполнимым с предложенной новой, рациональной кинематической связью подвижного контактодержателя с неподвижным, с расцепляющим рычагом, траверсой, пружиной контактного нажатия, приданием траверсе, пронизывающей звенья механизма, новой формы и функций, расширением степени свободы кинематических звеньев механизма, направлений использования пружины контактного нажатия, применением последовательной очередности срыва зацеплений. Для осуществления названного согласно изобретению в автоматическом выключателе выполнен подпружиненный рычаг, установленный в корпусе между поворотным якорем электромагнитного расцепителя и расцепляющим рычагом. Дополнительный подпружиненный рычаг в процессе ручного включения служит стопорению траверсы, образуя второе зацепление с большим усилием реакции, чем в первом зацеплении поворотного якоря с расцепляющим рычагом. Место установки подпружиненного рычага определяет расположение второго зацепления и делает возможным при отключении провести последовательный срыв зацеплении, сначала первого, затем второго, причем срыв второго зацепления осуществить за счет энергии пружины контактного нажатия, освобожденным срывом первого зацепления концом расцепляющего рычага. В соответствии с предложенным техническим решением устанавливаются новые формы подвижному контактодержателю, расцепляющему рычагу, осуществляется новое расположение и взаимодействие элементов механизма, которые и обеспечивают выключателю расширение диапазона исполнений по номинальному току, большую надежность коммутирования, простоту конструкции. Для этого согласно изобретению подвижный контактодержатель выполнен в виде изогнутой пластины с пуклевкой и сквозным открытым пазом, размещен на торце пружины контактного нажатия и неподвижном контактодержателе так, что расстояние от пружины контактного нажатия до пуклевки меньше расстояния от неподвижного контактодержателя до пуклевки, расцепляющий рычаг снабжен пуклевкой и двумя продольными пазами, выполненными один за другим по горизонтальной оси на конце, свободном от зацепления с поворотным якорем, и помещен подвижный контактодержатель так, что их пазы располагаются соосно в вертикальной плоскости, а пуклевки образуют сферический шарнир, траверса выполнена в виде плоского вилочного трезубца с центральным зубцом углового профиля и двумя крайними зубцами, превосходящими длиной центральный, пропущена крайними зубцами через продольные пазы расцепляющего рычага и сквозной открытый паз подвижного контактодержателя, а центральным зубцом поджата к расцепляющему рычагу между продольными пазами так, что один крайний зубец свободно входит в пружину контактного нажатия, а другой крайний зубец- в зацепление с подпружиненным рычагом, при этом поджатием центрального зубца траверса делит расцепляющий рычаг на два плеча, причем одно плечо с зацеплением больше другого плеча со сферическим шарниром. На фиг. 1 изображен предлагаемый автоматический выключатель в положении "Включено"; на фиг.2 кинематическая схема выключателя в положении "Включено"; на фиг.3 кинематическая схема выключателя в положении "Отключено автоматически" при ручном удержании рукоятки в исходном положении; на фиг.4 кинематическая схема выключателя в положении "Отключено вручную" либо "Отключено автоматически". Предлагаемый автоматический выключатель содержит (фиг.1,2) в изоляционном корпусе 1 неподвижный контактодержатель 2, пружину контактного нажатия 3, подвижный контактодержатель 4 в виде изогнутой пластины с пуклевкой 5 и сквозным открытым пазом 6, размещенной на торце пружины контактного нажатия 3 и неподвижном контактодержатель 2 так, что расстояние l от пружины контактного нажатия 3 до пуклевки 5 меньше расстояния l1 от неподвижного контактодержателя 2 до пуклевки 5, электромагнитный расцепитель максимального тока 7 с поворотным якорем 8 с окном 9 для зацепления, расцепляющий рычаг 10 с пуклевкой 11 и двумя продольными пазами 12 и 13, идущими один за другим по горизонтальной оси, причем расцепляющий рычаг 10 одним концом входит в зацепление с поворотным якорем 8, а другим концом с пуклевкой 11 помещен на подвижный контактодержатель 4 с выдержкой соосности в вертикальной плоскости пазов 6, 12 и 13 и образованием пуклевками 5 и 11 сферического шарнира, тепловой расцепитель максимального тока с термобиметаллическим элементом 14, при токах срабатывания имеющим возможность воздействовать на поворотный якорь 8, кнопку включения 15, кнопку отключения 16, выполненную плоским вилочным трезубцем траверсу 17, c крайними зубцами 18 и 19, превосходящими длиной центральный зубец углового профиля 20, подпружиненный рычаг 21, установленный между поворотным якорем 8 и расцепляющим рычагом 10 для возможности взаимодействия с ним после срыва зацепления поворотного якоря 8. Крайними зубцами 18 и 19 траверса 17 пронизывает расцепляющий рычаг 10 и подвижный контактодержатель 4 прохода пазы 6, 12 и 13, а центральным зубцом углового профиля 20 поджата к расцепляющему рычагу 10 между продольными пазами 12 и 13 так, что крайний зубец 18 свободно входит в пружину контактного нажатия 3, а крайний зубец 19 входит в зацепление с подпружиненным рычагом 21. В точке поджатия центрального зубца 20 траверса 17 делит расцепляющий рычаг 10 на два разных по величине плеча плечо 22 с зацеплением и плечо 23 со сферическим шарниром, причем плечо 22 больше плеча 23. Пружина контактного нажатия 3 в предложенном автоматическом выключателе используется для разъединения и разведения подвижного контактодержателя 4 от неподвижного 2 при отключении, создания усилия в реакциях зацеплений, поджатия траверсы 17 с кнопкой включения 15, срыва зацепления траверсы 17 с подпружиненным рычагом 21. Мерность каждого из названных усилий обеспечивается конструктивным распределением усилия поджатой пружины 3 с использованием элементов механизма как рычагов с заданными точками опоры и соотношениями плеч. Предложенный автоматический выключатель работает следующим образом. 1. В режимах ручного управления при токах нагрузки, не достигающих величин срабатывания теплового или электромагнитного расцепителей. а) Отключение нажатием кнопки из исходного "Включено". В исходном состоянии в положении "Включено" траверса 17 стопорит весь механизм, вызывая большое усилие реакции Р35 при зацеплении с подпружиненным рычагом 21. При этом сжатая пружина контактного нажатия 3 упирается с усилием Fпр в меньшее плечо l подвижного контактодержателя 4, имеющего точкой опоры и разворота сферический шарнир, образованный пуклевкой 5 с пуклевкой 11 расцепляющего рычага 10, и через большее плечо l1, подвижного контактодержателя 4, контактирующее с неподвижным контактодержателем 2, развивает усилие контактного нажатия
обладает повышенной коммутационной способностью, коммутирует токи до 3 кА (прототип 0,5 кА);
более прост по конструкции использует только одну пружину для контактного нажатия и отключения (прототип 2 пружины);
экономичен по расходу материалов;
масса выключателя предложенного 65 г (масса прототипа 80 г);
имеет меньший удельный расход материалов на ампер номинального тока 1,63 г/А, (прототип 8 г/A). Разработаны рабочие чертежи предлагаемого выключателя, по которым изготовлены опытные образцы.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4