БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ С УСТРОЙСТВОМ УПРАВЛЕНИЯ ТОКОМ КАТУШКИ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к быстродействующим выключателям (БВ).
Устройства БВ известны из следующих источников:
1. А.И.Голубев. Быстродействующие автоматические выключатели. - М. - Л.: Энергия, 1964, стр.23-29.
2. Патент на изобретение RU №2239253, 2003 г.
В первом источнике на Рис.4 стр.25 представлен выключатель с механической защелкой. Недостатком этого устройства является увеличение времени отключения выключателя за счет дополнительного времени, затраченного на последовательное перемещение элементов защелки.
На Рис.5 стр.27 того же источника изображен выключатель с удерживающейся электромагнитной защелкой. Недостатком этого устройства является замедление быстродействия при отключении выключателя за счет дополнительных кинематических связей.
Наиболее близким аналогом к патентуемой полезной модели является устройство по второму источнику. Управление током катушки удержания в этом выключателе осуществляется с помощью механизма свободного расцепления (якорь свободного расцепления, пружина свободного расцепления). И в этом случае основным недостатком устройства является излишняя сложность механической части БВ и необходимость ее настройки квалифицированным персоналом. Исключение механизма свободного расцепления из конструкции влечет за
собой значительное увеличение времени отключения БВ при коммутации на короткозамкнутую нагрузку, так как в процессе включения БВ вплоть до момента замыкания силовых контактов ток катушки остается высоким, что делает невозможным отключение электромагнита за приемлемое время.
В БВ по источнику 2 управление током катушки осуществляется за счет установки микропереключателя, который в процессе включения КА срабатывает при достижении определенного положения якорем магнитной системы и обеспечивает переключение с максимального управляющего тока на пониженный ток удержания. При этом механизм свободного расцепления обеспечивает задержку замыкания силовых контактов БВ до тех пор, пока ток катушки не уменьшится с пусковой величины до величины тока удержания.
Полезной моделью решается задача постоянного ограничения тока катушки электромагнита на уровне, при котором только начинается насыщение магнитопровода БВ. Конструкция магнитопровода должна быть выбрана таким образом, чтобы при величине тока катушки, равной величине тока удержания, и притянутом положении якоря, материал магнитопровода начинал бы переходить в состояние насыщения.
Технический результат, который достигается полезной моделью, состоит в том, что за счет управления током катушки в течение всего процесса включения аппарата, из конструкции БВ представляется возможным исключить механизм свободного расцепления при сохранении приемлемой величины времени отключения при включении на короткозамкнутую нагрузку, вследствие чего увеличивается механический ресурс, надежность и упрощается обслуживание БВ.
В качестве практического использования полезной модели предлагается БВ с простейшим П-образным типом магнитопровода, который показан на Фиг.1. Полезная модель поясняется Фиг.2, на которой изображена структурная схема патентуемого БВ.
БВ содержит устройство управления током (УУТ), на вход которого поступает управляющий сигнал включения Uyпp. Выход УУТ соединен с катушкой электромагнита.
БВ работает следующим образом. При поступлении сигнала Uynp УУТ начинает формировать ток катушки магнитопровода, который содержит постоянную и переменную составляющие. Переменная составляющая тока постоянна по амплитуде, а величина постоянной составляющей тока определяется величиной переменной составляющей падения напряжения на катушке. После подачи управляющего сигнала Uynp на включение БВ постоянная составляющая тока на выходе устройства начинает быстро нарастать. Одновременно контролируется величина переменной составляющей падения напряжения на катушке. Первоначально магнитопровод имеет воздушный зазор. Поэтому величина тока, при котором наступит насыщение, велика и может достигать величины пускового тока. Катушка вплоть до начала перехода в режим насыщения сохраняет значительную индуктивность, поэтому величина переменной составляющей падения напряжения на ней достаточно велика, что является необходимым условием дальнейшего увеличения постоянной составляющей тока катушки. После достижения постоянной составляющей тока пусковой величины, якорь начинает перемещаться, а ширина магнитного зазора начинает уменьшаться. В результате возникают условия для начала насыщения материала магнитопровода, что приводит к уменьшению эквивалентной индуктивности катушки. Величина переменной составляющей падения напряжения на катушке уменьшается, а это является сигналом для начала уменьшения постоянной составляющей тока катушки. Создаются условия для удержания постоянной составляющей тока на уровне, при котором начинается переход материала магнитопровода в насыщенное состояние. Уменьшение величины магнитного зазора в процессе срабатывания БВ влечет за собой непрерывное уменьшение постоянной составляющей тока катушки. При соответствующем выборе конструкции магнитопровода и числа витков катушки к моменту
замыкания силовых контактов БВ постоянная составляющая тока катушки уменьшается до величины тока удержания.
Таким образом, предложена конструкция БВ с устройством управления током, которая позволяет обеспечить необходимые временные характеристики отключения без использования механизма свободного расцепления.