РАЗМЫКАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
ELECTRIC CIRCUIT BREAKER

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим элементам и разъемам, срабатывающим в аварийном режиме, и может быть использовано в различных областях техники, например, для обеспечения пожаровзрывобезопасности различных технических систем, которые нужно автоматически отключить при чрезмерном изменении температуры внешней среды. Изобретение предназначено для обеспечения необратимого размыкания электрических цепей путем разъединения вилки и розетки посредством формоизменения термочувствительного исполнительного элемента с изменением температуры внешней среды до определенного предела. Известен электрический размыкатель (патент РФ №2120164, МПК H01R 13/62, опубл. в бюл. №28 от 10.10.1998 г.), содержащий корпус и установленный в нем нож в виде пластины из сплава с памятью формы (СПФ) с возможностью продольного перемещения его режущей кромки за счет изменения первоначальной формы пластины. Выполнение ножа из СПФ, первоначально деформированного таким образом, что при повышении температуры окружающей среды до пороговых значений позволяет переместить режущую часть ножа и реализовать усилия, необходимые для гарантированного перерезания жгута с электрическими проводами.
Известен электрический разъем (патент РФ №2140692, МПК H01R 13/62, Н01Н 37/72, опубл. в бюл. №30 от 27.10.1999 г.), состоящий из вилки и розетки, на корпусе которой с помощью распорного пружинного кольца установлена накидная гайка, с помощью которой розетка крепится к вилке. Средняя часть накидной гайки реализована в форме сильфона. Накидная гайка выполнена из СПФ с возможностью заданного увеличения длины ее средней части. Предварительно продеформированная накидная гайка при нагреве восстанавливает свою первоначальную форму и разъединяет контакты электрического разъема. Данный разъем выбран в качестве прототипа.
Недостатками указанных разъемов являются сложность их конструкций, сложная конфигурация рабочих элементов из СПФ, которые требуют значительных расходов дорогостоящего материала при изготовлении, а также значительные габариты элементов из СПФ, что приводит к увеличению времени срабатывания устройств из-за необходимости прогрева массивных деталей.
Задача, решаемая изобретением, - обеспечение необратимого размыкания электрических цепей с использованием рабочих элементов из сплава с памятью формы при упрощении конструкции, уменьшении габаритов и массы размыкателей, а также при упрощении их изготовления.
Технический результат - упрощение конструкции термочувствительного исполнительного элемента и размыкателя, который можно использовать в качестве датчика температуры, обеспечивающего расстыковку электрических цепей при аварийном тепловом воздействии либо при других температурных условиях.
Технический результат достигается тем, что заявляется размыкатель электрической цепи, содержащий вилку, розетку и термочувствительный элемент из сплава с памятью формы для отстыковки вилки от розетки, в котором согласно изобретению на вилке и розетке выполнены опорные поверхности, между которыми свободно размещен или зафиксирован, по крайней мере, на одной из опорных поверхностей элемент для отстыковки. Опорные поверхности могут быть выполнены в виде фланцев, а элемент для отстыковки - в виде двух тарельчатых пружин. Элемент для отстыковки может быть выполнен в виде набора деталей из сплава с памятью формы. Элемент для отстыковки может дополнительно содержать вспомогательный элемент, выполненный из материала, не обладающего памятью формы, который расположен в контакте с элементом для отстыковки и одной из опорных поверхностей. Вспомогательный элемент может быть расположен между деталями элемента для отстыковки.
В предлагаемом устройстве элемент из СПФ, как и в прототипе, объединяет в себе функции термочувствительного и исполнительного элемента. Термочувствительный исполнительный элемент может быть выполнен в виде отдельной детали или в виде набора деталей из сплава с памятью формы.
Термочувствительный исполнительный элемент из СПФ первоначально сдеформирован до необходимых размеров и формы как минимум одним из способов деформации таким образом, что обладает возможностью заданного изменения формы при изменении температуры в связи с проявлением им свойств памяти формы.
Сплав с памятью формы либо термочувствительный исполнительный элемент из этого сплава перед заданием ему деформации и использованием его в размыкателе подвергается предварительной термической или термомеханической обработке.
Выполнение термочувствительного исполнительного элемента из СПФ с возможностью заданного изменения его формы позволяет при изменении температуры окружающей среды до порогового значения обеспечить его формоизменение и тем самым воздействовать на элементы размыкателя и произвести гарантированное размыкание электрической цепи за счет продольного перемещения частей разъемов (розетки и вилки относительно друг друга).
От прототипа заявляемый электрический размыкатель отличается тем, что элемент из сплава с памятью формы выполнен не в виде накидной гайки, охватывающей ответные части разъема (вилки, розетки, либо другие конструктивные части размыкателя), а в виде термочувствительного исполнительного элемента, который свободно размещен между опорными поверхностями, выполненными на вилке и розетке, или зафиксирован, по крайней мере, на одной из опорных поверхностей.
Температурный интервал срабатывания размыкателя электрической цепи зависит от величины деформации, наводящей свойства памяти формы, от типа сплава с памятью формы, из которого выполнен термочувствительный исполнительный элемент, и определяется, прежде всего, химическим и фазовым составом сплава, а также термической и термомеханической обработкой сплава.
Наиболее предпочтительным является выполнение термочувствительного исполнительного элемента в виде набора тарельчатых пружин из сплава с памятью формы.
На фигурах 1, 2, 3 изображены схематичные конструкции электрических размыкателей, где 1 - вилка с опорной поверхностью в виде фланца 4, 2 - розетка с опорной поверхностью в виде фланца 5, 3 - элемент для отстыковки из материала с памятью формы, 6 - вспомогательный элемент для отстыковки.
Один из вариантов предлагаемого размыкателя приведен на фигуре 1. На фигуре показан продольный разрез разъема с совмещением состыкованного и сработанного состояний.
Электрический размыкатель состоит из вилки 1 с фланцем 4, розетки 2 с фланцем 5 и термочувствительного исполнительного элемента 3 в виде набора тарельчатых элементов из сплава с памятью формы.
Устройство работает следующим образом. В исходном рабочем состоянии (состыкованное состояние вилки и розетки) между фланцами 4 и 5 вилки 1 и розетки 2 размещены тарельчатые элементы 3 из сплава с памятью формы, которым перед установкой их в размыкатель задана деформация сжатия. При воздействии повышенных температур, которые могут возникнуть, например, в результате аварийной ситуации, происходит нагрев элементов 3 из сплавов с памятью формы. При нагреве до пороговых температур элементы 3 из сплава с памятью формы начинают восстанавливать свою первоначальную форму и, разжимаясь, воздействуют на опорные поверхности размыкателя (фланцы) 4 и 5 и разъединяют вилку 1 и розетку 2. При восстановлении элементов 3 из сплава с памятью формы реализуются значительные усилия, которые обеспечивают разъединение вилки 1 и розетки 2 размыкателя.
Применение предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом позволяет, во-первых, упростить конструкцию размыкателя и уменьшить его габариты и массу, во-вторых, упростить технологию изготовления рабочих элементов из сплава с памятью формы.
Другой вариант предлагаемого технического решения схематично приведен на фигуре 2.
Решение поставленной задачи осуществляется при помощи термочувствительных исполнительных элементов 3 из СПФ, которые могут быть выполнены в виде деталей различной конфигурации, и вспомогательного элемента 6. Перед установкой в размыкатель термочувствительные исполнительные элементы 3, изготовленные из сплава с памятью формы, подвергают термической или термомеханической обработке. Затем рабочим элементам из СПФ задают необходимую величину деформации, которая при нагреве инициирует проявление свойств памяти формы. При воздействии повышенных температур термочувствительные исполнительные элементы 3 принимают исходную форму и воздействуют на опорные поверхности размыкателя, что приводит к разъединению вилки 1 и розетки 2. Особенность предлагаемого варианта размыкателя состоит в применении вспомогательного элемента 6, который размещен между термочувствительными исполнительными элементами 3 из сплава с памятью формы, т.е. между деталями элемента для отстыковки.
Иной вариант размещения вспомогательного элемента приведен на фигуре 3. В данном варианте размыкателя вспомогательный элемент 6 расположен в контакте с элементом для отстыковки 3 и опорной поверхностью 4 вилки 1 или 5 розетки 2.
Вспомогательный элемент 6 может быть применен с целью:
- уменьшения количества элементов из СПФ;
- использования его в качестве элемента для подстройки температуры и времени срабатывания размыкателя;
- использования его в качестве опорного элемента размыкателя.
Данный вариант размыкателя позволяет уменьшить количество используемого СПФ, который является достаточно дорогостоящим.
Применение предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом позволяет разрабатывать компактные размыкатели электрических цепей упрощенной конструкции и избежать неэффективных затрат при применении дорогостоящего сплава с памятью формы.