ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ АВТОМАТИЧЕСКИЙ

Полезная модель относится к электроаппаратостроению, в частности к механизмам свободного расцепления коммутационных устройств для ручного и автоматического отключения активной и реактивной нагрузки в электрической цепи при превышении установленных значений.
Выключатели автоматические с механизмами свободного расцепления широко известны из уровня техники.
Так, из RU 153806 от 26.03.2015 известен автоматический выключатель, содержащий разъемный корпус, блок контактов, состоящий из пар неподвижного и подвижного в каждом полюсе, тепловой расцепитель в каждом полюсе, электромагнитный расцепитель в каждом полюсе и механизм свободного расцепления.
Основным недостатком известного технического решения является невозможность одновременной регулировки во всех полюсах значения уставки теплового расцепителя и невозможность изменения собственного времени отработки электромагнитного расцепителя.
Из RU 73545 от 20.05.2008 известен выключатель автоматический, содержащий корпус, контактную систему, дугогасительные камеры, механизм свободного расцепления и тепловой расцепитель максимального тока, при этом механизм свободного расцепления имеет систему двух пар шарнирно-связанных поводков, причем одна из пар связана с рычагом зацепления, конец которого упирается в полуспиленную ось, снабженную подпружиненным упорным рычагом, на которую при перегрузках в цепи воздействует поворотная отключающая рейка, а другая пара поводков установлена на оси, подпружиненной оперативной пружиной, причем воздействие теплового расцепителя максимального тока на механизм свободного расцепления осуществляется через отключающую рейку, установленную в основании.
Недостатками данного технического решения являются задержки отключения в аварийных ситуациях, сложность наладки и, как и в предыдущем техническом решении, невозможность одновременной регулировки во всех полюсах значения уставки теплового расцепителя и невозможность изменения собственного времени отработки электромагнитного расцепителя.
Наиболее близким техническим решением можно считать механизм свободного расцепления коммутационного аппарата, раскрытый в RU 157736 от 10.12.2015. Указанное устройство содержит шарнирно-поводковый механизм, рычаг зацепления, упорную ось и регулирующий рычаг, при этом шарнирно-поводковый механизм содержит связанные соединительной осью нижнюю и верхнюю пары поводков, причем нижняя пара поводков установлена на оси крепления нижних поводков с возможностью взаимодействия с рычагом зацепления, а верхняя пара поводков установлена с возможностью взаимодействия с осью узла подвижных контактов, при этом упорная ось выполнена фигурной формы со срезом, выполненным с возможностью взаимодействия с рычагом зацепления, а регулирующий рычаг выполнен с возможностью изменения времени отработки теплового и электромагнитного расцепителей и токоограничения.
Несмотря на хорошие технические характеристики описанного механизма свободного расцепления коммутационного аппарата, существует возможность его улучшения за счет обеспечения более качественных регулировок и упрощения технологических настроек и обслуживания.
Техническая проблема, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в улучшении технических характеристик автоматического выключателя.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в уменьшении времени срабатывания механизма свободного расцепления.
Указанный технический результат достигается за счет того, что выключатель автоматический содержит корпус, состоящий из крышки и основания, контактную систему, шарнирно-поводковый механизм свободного расцепления, содержащий кнопки включения и отключения, рейку сброса, взаимодействующую с упорной осью и механизмом узла блока защиты, рычаг зацепления, взаимодействующий с упорной осью, а также устройство регулировки времени реагирования блока защиты. Новым, согласно предлагаемой полезной модели, является то, что упорная ось выполнена с эксцентриком, взаимодействующим с рычагом зацепления, причем эксцентрик образован на упорной оси проточкой, глубина которой превышает радиус упорной оси, контактная часть рычага зацепления, взаимодействующая с эксцентриком, в поперечном разрезе имеет острый угол, а устройство регулировки времени реагирования блока защиты связано с упорной осью с возможностью изменения углового положения эксцентрика.
Наличие эксцентрика на упорной оси позволяет регулировать момент срабатывания механизма свободного расцепления (момент срыва рычага зацепления с упорной оси), причем глубина проточки, превышающая радиус упорной оси, позволяет расширить диапазон регулирования, что ведет к уменьшению времени срабатывания за счет обеспечения точности регулировки, зависящей от напряжения сети и его перепадов, силы тока, используемого оборудования и других внешних факторов.
Выполнение контактной части рычага зацепления в виде острого угла, без радиусных закруглений, позволяет уменьшить время срабатывания механизма свободного расцепления за счет обеспечения четкости срабатывания, срыв происходит мгновенно, без заеданий, скольжения трущихся поверхностей и т.д., что наблюдается при скругленной контактной части или выполненной в виде прямого угла, а также при спилах и лысках на упорной оси, глубина которых меньше ее радиуса.
Кинематическая связь устройства регулировки времени реагирования блока защиты с упорной осью с возможностью изменения углового положения эксцентрика позволяет перед включением оборудования отрегулировать рабочие характеристики автоматического выключателя, в частности пороговые значения, после превышения которых должно произойти размыкание цепи. Правильное угловое положение эксцентрика перед началом работы обеспечит уменьшение времени срабатывания механизма свободного расцепления, время на срабатывание будет минимально, срыв произойдет мгновенно, предохраняя рабочее оборудование и сеть от перегрузок.
Далее предлагаемая полезная модель будет раскрыта более подробно, со ссылкой на графические материалы, на которых:
- на фиг. 1 - схематичное расположение конструктивных элементов механизма свободного расцепления;
- на фиг. 2 - то же, но без правой фигурной стойки;
- на фиг. 3 - рычаг зацепления;
- на фиг. 4 - упорная ось с эксцентриком.
Следует отметить, что, согласно предлагаемой полезной модели, изменения и доработки известного уровня техники касаются, в основном, механизма свободного расцепления, в связи с чем на графических материалах и в описании его элементы будут раскрыты более подробно, в отличие от других, общеизвестных конструктивных элементов.
Выключатель автоматический содержит корпус, состоящий из крышки и основания (на фигурах не показаны). Крышка может быть выполнена любой известной формы из подходящего электроизоляционного материала. Основание служит как для крепления выключателя к опоре, так и для размещения на нем основных конструктивных элементов.
В корпусе размещена контактная система (не показано). Контактная система в каждом полюсе состоит из неподвижного и подвижного контактов.
Неподвижный контакт электрически соединен с выводными зажимами для подключения напряжения к выключателю автоматическому. Подвижный контакт установлен в держателе подвижных контактов с возможностью поворота и электрически соединен с тепловым расцепителем максимального тока и выводными зажимами выключателя. Тепловой расцепитель максимального тока может быть выполнен, предпочтительно, в виде термобиметаллического элемента, воздействующего на рейку сброса механизма свободного расцепления.
Механизм свободного расцепления представляет, по существу, шарнирно-поводковый механизм и содержит кнопку 1 включения и кнопку 2 отключения, две выполненные разными по форме боковые фигурные стойки - правую 3 и левую 4, верхнюю 5 и нижние 6 пластины, опорную пластину 7, рычаг 8 зацепления, связанные соединительной осью 9 нижнюю пару поводков 10 и верхнюю пару поводков 11, возвратную составную пружину 12, упорный рычаг 13 с пружиной возврата 14 и упорной осью 15.
Пластина 16 кнопки 1 включения снабжена фигурным отверстием 17, выполненными зацело с ней опорным ограничителем 18 и штоком 19 возвратной пружины 12.
Кнопка 1 включения может быть выполнена, предпочтительно, из электроизоляционного материала с обозначением на ее поверхности назначения «включить». При этом кнопка 1 включения, предпочтительно, жестко закреплена методом горячей посадки на пластине 16 и снабжена возвратной составной пружиной 12.
Возвратная составная пружина 12 выполнена в виде вложенных одна в другую двух пружин сжатия с разнонаправленной навивкой.
При этом фигурное отверстие 17 пластины 16 выполнено с возможностью перемещения соединительной оси 9.
Кнопка 2 отключения может быть выполнена, предпочтительно, из электроизоляционного материала с обозначением на ее поверхности назначения «отключить». При этом кнопка 2 выключения, предпочтительно, жестко закреплена методом горячей посадки на фасонной пластине 20 и снабжена пружиной 21 возврата. Фасонная пластина 20 снабжена фигурными отверстиями 22, выполненными с возможностью взаимодействия с левой стойкой 4. При этом кнопка 2 отключения выполнена с отверстием 23 фиксации пружины 21 возврата кнопки 2 отключения, а фасонная пластина 20 выполнена Г-образной формы.
Верхняя пластина 5 закреплена между стойками 3 и 4 и снабжена отверстием 24 крепления крышки корпуса (не показано). Также верхняя пластина 5 снабжена выполненным с возможностью взаимодействия с пластиной 16 сквозным отверстием 25 верхней пластины.
В предпочтительном варианте исполнения на верхней пластине 5 может быть размещена маркировка номинальных параметров работы устройства.
Нижние пластины 6 снабжены крепежными отверстиями крепления механизма свободного расцепления в корпусе (не показано) и выполнены с возможностью их крепления в правой 3 и левой 4 стойках.
В предпочтительном варианте исполнения правая стойка 3 выполнена с зоной регулировочной маркировки (не показано) и снабжена дугообразным регулировочным отверстием 26 и отверстием 27 ограничения хода упорного рычага 13.
Левая стойка 4 выполнена с возможностью взаимодействия с пружиной возврата узла подвижных контактов и снабжена посадочными выступами (не показано) для размещения фасонной пластины 20 кнопки отключения 2.
Правая 3 и левая 4 стойки механизма свободного расцепления соединены между собой верхней 5 и нижними 6 пластинами.
Опорная пластина 7 закреплена между стойками 3 и 4 и снабжена сквозным отверстием 28, выполненным с возможностью взаимодействия с возвратной составной пружиной 12 и штоком 19 возвратной составной пружины 12, и вырезом для взаимодействия с рычагом 8 зацепления.
Рычаг зацепления 8 установлен на оси 29, закрепленной на левой стойке 4.
На фиг. 3 показано, что контактная часть рычага 8 зацепления, взаимодействующая с эксцентриком, в поперечном разрезе имеет острый угол, то есть угол а <90°, что позволяет значительно уменьшить время срабатывания механизма свободного расцепления. Опытные испытания показали, что именно острый угол обеспечивает мгновенный срыв, без скольжения и заеданий, характерных для известных конструктивных решений.
Нижняя пара поводков 10 установлена на оси 30 крепления нижних поводков с возможностью взаимодействия с рычагом 8 зацепления.
Верхняя пара поводков 11 установлена с возможностью взаимодействия с осью 31 узла подвижных контактов и связана с нижней парой поводков 10 соединительной осью 9.
Упорный рычаг 13 установлен на размещенной между стойками 3 и 4 упорной оси 15 и снабжен зацело выполненным с возможностью взаимодействия с правой стойкой 3 выступом 32. Также упорный рычаг 13 снабжен пружиной 14 возврата.
На фиг. 4 показано, что упорная ось 15 выполнена с эксцентриком 33, предназначенным для взаимодействия с рычагом 8 зацепления. Эксцентрик 33 образован на упорной оси 15 проточкой, глубина которой превышает радиус упорной оси. Эксцентрик 33 предназначен для регулирования момента срабатывания механизма свободного расцепления (момента срыва рычага зацепления с упорной оси). За счет поворота упорной оси 15 эксцентрик меняет свое угловое положение, увеличивая или уменьшая расстояние, на которое должен сместиться рычаг 8 зацепления, чтобы произошел его срыв. На основании расчетов, подкрепленных экспериментальными данными, было установлено, что при формировании эксцентрика при глубине проточки, превышающей радиус упорной оси, диапазон возможного регулирования времени срыва наиболее оптимален.
Настройка предлагаемого включателя автоматического перед работой реализована посредством поворота упорной оси 15 и, соответственно, изменением углового положения эксцентрика 33, для чего предусмотрено устройство регулировки времени реагирования блока защиты.
Такое устройство может быть выполнено, например, в виде подвижного рычага, связанного с упорной осью 15. Часть рычага может быть выведена из корпуса, чтобы не снимая крышку изменять положение рычага, изменяя тем самым угловое положение упорной оси 15 и, соответственно, эксцентрика 33. Тем самым осуществляется настройка и регулирование рабочих характеристик автоматического выключателя, в частности устанавливаются пороговые значения, после превышения которых должно произойти размыкание цепи.
Включение выключателя автоматического посредством механизма свободного расцепления происходит следующим образом.
Исходя из условий эксплуатации (рабочего напряжения, силы тока, подключаемого оборудования и т.д.) посредством устройства регулировки времени реагирования блока защиты производят регулировку положения упорной оси 15. Если устройство регулировки времени реагирования блока защиты выполнено в виде рычага, выступающего из корпуса, то на крышке корпуса целесообразно нанесение маркировки, соответствующей разным положениям рычага (разным угловым положениям эксцентрика, разному времени срабатывания) в зависимости от условий эксплуатации.
Изменением углового положения упорной оси 15 и, соответственно, эксцентрика 33, достигается не только изменение времени отработки электромагнитного расцепителя, но и обеспечивается возможность токоограничения, так как при быстрой отработке разрыв силовой электрической цепи происходит раньше, чем ток короткого замыкания достигает больших значений. Дополнительно следует отметить, что при такой конструктивной реализации обеспечивается и возможность одновременной регулировки время-токовых характеристик во всех фазах.
После проведенных регулировок нажимают на кнопку 1 включения, при этом преодолевается усилие пружины возврата узла подвижных контактов и возвратной составной пружины 12.
Конструкция возвратной составной пружины 12 из двух выполненных с разнонаправленной навивкой пружин, вложенных одна в другую, позволяет уменьшить ее габариты и увеличить ее упругие свойства.
В момент нажатия кнопки 1 происходит перемещение пластины 16, которая, взаимодействуя с соединительной осью 9, воздействует на перемещение нижней 10 и верхней 11 пар поводков.
Фигурное отверстие 17 выполнено таким образом, чтобы соединительная ось 9 при движении в нем через мертвую точку зафиксировалась.
Далее рычаг 8 зацепления, взаимодействуя с осью крепления 30 нижней пары 10 поводков, упирается в эксцентрик 33 упорной оси 15.
Рычаг 8 зацепления, взаимодействуя с эксцентриком 33 упорной оси 15, совместно с действием пружин возврата узла подвижных контактов и пружины 12, удерживает пары поводков 10 и 11 от возвратного движения по фигурному отверстию 17, то есть от отключения цепи.
Пластина 16 кнопки 1 включения останавливается опорным ограничителем 18.
После упора рычага 8 зацепления в эксцентрик 33 упорной оси 15 происходит фиксация положения узла подвижных контактов. Включение произведено.
Размыкание электрической цепи (выключение) посредством механизма свободного расцепления происходит следующим образом.
При аварийных ситуациях в силовой электрической цепи на механизм свободного расцепления воздействуют механизмы узла блока защиты (на фиг. не показано). Механизмы узла блока защиты воздействуют на рейку сброса (на фиг. не показано). При этом рейка сброса, поворачиваясь на своей оси (на фиг. не показано), закрепленной с одного края в стойке 34, с другого края - в корпусе выключателя (на фиг. не показано), взаимодействует с упорным рычагом 13, жестко закрепленным на упорной оси 15, имеющей эксцентрик 33. Упорный рычаг 13, поворачиваясь вместе с упорной осью 15, изменяет угловое положение эксцентрика 33, в момент поворота которого происходит срыв зацепления рычага 8. Рычаг 8 зацепления освобождается. Чем меньше угловое смещение эксцентрика 33, необходимое для срыва рычага 8 зацепления, тем, соответственно, меньше время размыкания электрической цепи. Величина углового смещения эксцентрика 33, необходимого для срыва рычага 8 зацепления, настраивается устройством регулировки времени реагирования блока защиты перед началом работы.
После срыва рычаг 8 зацепления под действием пружин возврата узла подвижных контактов и пружины 12 взаимодействует с осью крепления 30 и создает условия для выхода из мертвой точки соединительной оси 9 нижней 10 и верхней 11 пар поводков. Пары поводков 10 и 11 совместно с соединительной осью 9 перемещаются в фигурном отверстии 17 пластины 16 кнопки 1 включения. При этом верхняя пара поводков 11, взаимодействуя с осью узла подвижных контактов (на фиг не показано), поворачивает его.
При этом происходит разрыв подвижных контактов с неподвижными контактами (на фиг. не показано).
Нагрузка в электрической цепи отключена.
После срабатывания механизма свободного расцепления пружина 14 возвращает упорный рычаг 13 и рейку сброса (на фиг. не показано) в исходное состояние.
Отверстие 27 предназначено для ограничения поворота упорного рычага 13 во время срабатывания механизма свободного расцепления благодаря взаимодействию с выступом 32.
Выключение при ручном воздействии на кнопку 2 выключения механизма свободного расцепления происходит следующим образом.
При нажатии на кнопку 2 отключения фасонная пластина 20 воздействует на эксцентрик 33 упорной оси 15.
Упорная ось 15 с эксцентриком 33 поворачиваются и происходит срыв рычага 8 зацепления с эксцентриком 33 упорной оси 15. Рычаг 8 зацепления освобождается.
Далее рычаг 8 зацепления под действием пружин возврата узла подвижных контактов и пружины 12 взаимодействует с осью крепления 30 и создает условия для выхода из мертвой точки соединительной оси 9 нижней 10 и верхней 11 пар поводков. Пары поводков 10 и 11 совместно с соединительной осью 9 перемещаются в фигурном отверстии 17 пластины 16 кнопки 1 включения. При этом верхняя пара поводков 11, взаимодействуя с осью узла подвижных контактов (на фиг не показано), поворачивает его.
При этом происходит разрыв подвижных контактов с неподвижными контактами (на фиг. не показано).
Нагрузка в электрической цепи отключена.
После прекращения нажатия на кнопку 2 отключения, она возвращается в исходное положение при помощи пружины возврата 21.
Таким образом предлагаемая конструкция обеспечивает создание простого и надежного механизма свободного расцепления, способствует улучшению технических характеристик автоматического выключателя и позволяет уменьшить временя срабатывания механизма свободного расцепления.