БАЙПАСНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к электротехнике, а именно, к термомеханическим переключателям и может быть использована в качестве коммутаторов силовых цепей аккумуляторов в составе аккумуляторных батарей.
Известно байпасное устройство [RU 2415489 C2, МПК H01H 37/00 (2006.01), опубл. 27.03.2011], выбранное в качестве прототипа, которое состоит из корпуса и размещенных в нем подвижного и трех неподвижных контактов, термочувствительного элемента из материала с эффектом памяти формы. Подвижный контакт расположен на исполнительном механизме с рабочей пружиной и выполнен с возможностью перемещения внутри неподвижных контактов. Термочувствительный элемент выполнен в виде термомеханического преобразователя с фиксатором и установлен с возможностью взаимодействия с исполнительным механизмом.
Данное байпасное устройство не обладает достаточной надежностью, так как два крайних неподвижных контакта расположены на одинаковом расстоянии от среднего неподвижного контакта и при срабатывании в пространстве набегающего подвижного контакта возникает искра с последующим появлением дуги, разрушающие поверхность подвижного контакта. Это приводит к увеличению переходного сопротивления контактов и снижению эксплуатационной надежности байпасного устройства.
Задачей полезной модели является повышение эксплуатационной надежности байпасного устройства.
Поставленная задача решена за счет того, что байпасное устройство, также как в прототипе, содержит корпус, внутри которого расположен термомеханический преобразователь, включающий набор тарельчатых элементов из материала с эффектом памяти формы, зафиксированных с одной стороны двойной цилиндрической пружиной, а с другой - фиксатором, при этом на исполнительном механизме закреплен подвижный контакт в виде цанги, выполненный с возможностью перемещения в отверстиях трех контактов, жестко закрепленных в корпусе, между корпусом и одним концом исполнительного механизма расположена пружина, а другой конец исполнительного механизма снабжен стопором, для которого в боковой части корпуса выполнено отверстие.
Согласно полезной модели крайние неподвижные контакты расположены на разном расстоянии от среднего неподвижного контакта. Внутренняя поверхность отверстий неподвижных контактов состоит из n-участков, каждый из которых выполнен с одинаковым радиусом закругления не более 0,05 мкм. Фаски отверстия неподвижного контакта, расположенного по направлению движения подвижного контакта, выполнены с одинаковым радиусом закругления не более 100 мкм.
Так как крайние неподвижные контакты расположены на разном расстоянии от среднего неподвижного контакта, то практически исключается влияние разрушений поверхностного слоя подвижного контакта, которые появляются в результате действия искро-дуговых явлений и вследствие холодной сварки соприкасающихся контактов при длительной эксплуатации или хранении, на переходное сопротивление контактов. В результате такого конструктивного решения снижается вероятность повышения переходного сопротивления после активации байпасного устройства.
Кроме того устойчивая минимизация переходного сопротивления контактов обеспечивается тем, что внутренняя поверхность отверстий неподвижных контактов состоит из n-участков, каждый из которых выполнен с предложенным радиусом закругления. Выполнение фасок отверстия неподвижного контакта, расположенного по направлению движения подвижного контакта, с определенным радиусом закругления обуславливает уменьшение напряженности электрического поля в окрестности переключающихся контактов байпасного устройства, что снижает вероятность появления искры и дуги в пространстве сближающихся контактов. Значения размеров радиусов закругления n-участков и фасок отверстия неподвижных контактов определены теоретически и экспериментально для низковольтных сильноточных контактов [Торхов Н.А., Новиков В.А. Влияние периферии контактов металл-полупроводник с барьером Шоттки на их электрофизические характеристики. //Физика и техника полупроводников, 2011, том 45, вып. 1, С. 70-86; Чуприк А.А. Развитие методов сканирующей зондовой микроскопии для исследования электрофизических свойств материалов наноэлектроники и структур на их основе: Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. - Долгопрудный, МФТИ (ТУ), 2005. - 10-14 с; Хольм Р. Электрические контакты. Пер. с англ. - М.: изд.-во иностр. лит., 1961. - 20-56 с, 203-206 с; Усов В.В. Металловедение электрических контактов. М.: Госэнергоиздат, 1963. - 58 с; ГОСТ 10948-64 Радиусы закруглений и фаски].
Таким образом, предложенная конструкция обеспечивает повышение надежности байпасного устройства при его эксплуатации в составе аккумуляторных батарей.
На фиг. 1 показано байпасное устройство в исходном - не активированном состоянии.
На фиг. 2 представлено расположение контактов устройства в рабочем - активированном состоянии.
На фиг. 3 приведена электрическая схема и временная диаграмма работы байпасного устройства.
На фиг. 4 представлено байпасное устройство в активированном состоянии.
1
2
Байпасное устройство (фиг. 1) содержит корпус 1, внутри которого расположен термомеханический преобразователь 2, в котором исполнительный орган состоит из набора тарельчатых элементов 3 на основе материала с эффектом памяти формы, зафиксированных двойной цилиндрической пружиной 4 и фиксатором 5. На исполнительном механизме 6 расположен подвижный контакт 7, который представляет собой цангу. Один конец исполнительного механизма 6 снабжен стопором 8, для которого в корпусе 1 выполнено отверстие. Подвижный контакт 7 выполнен с возможностью перемещения в отверстиях трех контактов 9, 10 и 11, жестко закрепленных в корпусе 1. Крайние контакты 9 и 11 расположены на разном расстоянии от среднего контакта 10. Внутренняя поверхность отверстий в неподвижных контактах 9, 10 и 11 (фиг. 2) состоит из n-участков, каждый из которых выполнен с одинаковым радиусом R закругления не более 0,05 мкм. Фаски отверстия контакта 9 выполнены с одинаковым радиусом R закругления не более 100 мкм. Между корпусом 1 и исполнительным механизмом 6 расположена рабочая пружина 12.
Предлагаемое байпасное устройство устанавливают на каждом аккумуляторе в аккумуляторной батарее согласно схеме подключения (фиг. 3) и до его активации обеспечивается замыкание неподвижных контактов 10, 11 посредством подвижного контакта 7 (фиг. 1). При выходе из строя или снижении характеристик аккумулятора на термомеханический преобразователь 2 поступает управляющий ток (режим активации байпасного устройства), который нагревает тарельчатые элементы 3. Двойная цилиндрическая пружина 4 увеличивает механическое усилие, развиваемое при нагреве, и фиксатор 5 перемещается вниз, освобождая путь движению исполнительному механизму 6 с подвижным контактом 7 и стопором 8. Под действием рабочей пружины 12 подвижный контакт 7 приводится в движение и одновременно замыкает контакты 9, 10 и 11, а затем размыкает нормально-замкнутые контакты 10 и 11 (фиг. 4). Таким образом, после срабатывания фиксатора 5 подвижный контакт 7 обеспечивает соединение с нормально-разомкнутыми контактами 9 и 10. Возникает обводная цепь, по которой протекает ток короткого замыкания аварийного аккумулятора, обеспечивая требование неразрывности цепи всей аккумуляторной батареи. При дальнейшем движении исполнительного механизма 6, подвижный контакт 7 размыкает цепь короткозамкнутого аккумулятора. Длительность короткого замыкания аккумулятора определяется скоростью движения исполнительного механизма 6 и линейным размером установленного на нем подвижного контакта 7. После окончания движения исполнительного механизма 6 стопор 8 фиксируется в отверстии корпуса 1.
Таким образом, расположение неподвижных контактов 9 и 11 на разном расстоянии от среднего неподвижного контакта 10, а также выполнение отверстий в них с одинаковыми радиусами закругления n-участков внутренней поверхности не более 0,05 мкм определяют стабильное значение переходное сопротивление контактов после активации байпасного устройства. Выполнение фасок отверстия неподвижного контакта 9, расположенного по направлению движения подвижного контакта 7 с одинаковым радиусом закругления не более 100 мкм обуславливает равномерное распределение электрических зарядов по внешней поверхности контакта 9, что исключает появление искры с последующим возникновением дуги в окрестности сближающихся контактов 7 и 9. Это делает возможным сохранение качества поверхностного слоя подвижного электрического контакта 7 в процессе его движения и обеспечивает стабильное переходное сопротивление между неподвижным 9 и подвижным контактом 7 после активации байпасного устройства.