Устройство термоэлектромагнитной защиты выключателя автоматического

Полезная модель относится к электротехнике, в частности выключателям автоматическим с расцепителями термоэлектромагнитного типа, предназначенными для защиты электрических цепей от токов перегрузки и коротких замыканий.
Термоэлектромагнитный расцепитель предназначен для защиты электрических цепей от перегрузок и коротких замыканий с возможностью регулировки уставки рабочего тока по отношению к номинальному току и регулировки уставки защиты от токов короткого замыкания по отношению к номинальному току.
Регулировка параметров настройки защиты электрической цепи от токов перегрузки и токов короткого замыкания на лицевой панели устройства позволяет персоналу без лишнего труда настроить защиту отходящей линии.
Известен выключатель автоматический, в котором предусмотрена регулировка и отключение выключателя только при возникновении токов перегрузки (аномальных токов) и нет защиты от токов короткого замыкания с расцепителем (патент US 6 255 925 на изобретение, МПК Н01Н9/00, 2001.07.03). В отверстии крышки известного выключателя установлена круговая шкала, которая отображает и регулирует номинальный ток.
Также известен выключатель автоматический с узлом электромагнитной защиты, в крышке которого расположен регулировочный диск для установки тока для регулировки защиты от токов короткого замыкания (патент ЕР 3 208 824 на изобретение, МПК Н01Н71/74, 2017.08.23).
В известных выключателях автоматических предусмотрена регулировка и отключение выключателя или только при возникновении токов перегрузки или только при возникновении токов короткого замыкания.
Из уровня техники известен выключатель автоматический с устройством термоэлектромагнитной защиты, (патент №2553283, Н01Н71/10, 2019.05.28), содержащим узел тепловой защиты и узел электромагнитной защиты, каждый из которых соответствует одному полюсу выключателя автоматического.
Устройство термоэлектромагнитной защиты, включает в себя: крышку и основание, образующие корпус устройства термоэлектромагнитной защиты. На основании корпуса установлены: термобиметаллический расцепитель для защиты от перегрузки и электромагнитный расцепитель для защиты от короткого замыкания.
В крышке смонтированы расцепляющая планка, молот, узел теплового расцепителя и узел электромагнитного расцепителя. Молот является подвижным между нормальным рабочим положением и положением расцепления. При этом зацепляющая планка выполнена с выступом, один из которых взаимодействует с зацепляющим участком молота.
При срабатывании устройства, защищающего от перегрузки, либо устройства, защищающего от короткого замыкания, зацепляющий участок молота перестает взаимодействовать с выступом расцепляющей планки и приводится в действие. Причем перемещение молота между нормальным рабочим положением и положением расцепления является поступательным перемещением.
В известном выключателе расцепляющая планка имеет на верхней стороне три выступа, соответствующие трем фазам. Эти выступы обеспечены отверстиями, в которые ввинчиваются винты термической регулировки. Винты термической регулировки после сборки совмещаются с устройством защиты от перегрузки. Причем длина винтов может регулироваться, что приводит к изменению зазора между винтом термической регулировки и устройством защиты от перегрузки.
Недостатком данного устройства является сложность регулировки защиты от перегрузки.
Технический результат - обеспечение повышения точности регулировки термоэлектромагнитных расцепителей защитных электрических аппаратов.
Технический результат достигается за счет того, что в устройстве термоэлектромагнитной защиты выключателя автоматического, содержащем рейку с выступами, в которые ввинчены винты и держатель, установленные в корпусе для каждого из полюсов автоматического выключателя: узел тепловой защиты, включающий в себя регулятор теплового расцепителя, термоэлемент и вывод, и узел магнитной защиты, включающий в себя регулятор электромагнитного расцепителя, магнитопровод и якорь. Регулятор теплового расцепителя и регулятор электромагнитного расцепителя закреплены на корпусе посредством кронштейна. Новым является то, что регулятор теплового расцепителя в узле тепловой защиты, установлен таким образом, что при перемещении рейки вдоль ее оси уменьшается или увеличивается зазор между винтом рейки и рабочей поверхностью наконечника термоэлемента, имеющей криволинейную поверхность, кривизна которой определена зависимостью прогиба термоэлемента от тока, термоэлемент. При срабатывании тепловой защиты термоэлемент, изгибаясь, преодолевает регулируемый воздушный зазор, обеспечивает воздействие наконечника термоэлемента на винт рейки, рейка поворачивается, что приводит к срыву молоточкообразной  защелки с выступа рейки и расцеплению выключателя автоматического. Регулятор электромагнитного расцепителя в узле электромагнитной защиты установлен с возможностью поворота держателя вокруг своей оси, уменьшая или увеличивая натяжение пружины, выполняет это линейно. Регулятор имеет криволинейную поверхность, кривизна которой определена зависимостью усилия пружины от ее растяжения. Якорь электромагнитного расцепителя, при срабатывании электромагнитной защиты, преодолевает отрегулированное усилие названной пружины, притягивается к магнитопроводу и воздействует на выступ рейки, поворачивая ее, что приводит к срыву молоточкообразной защелки, которая расцепляет автоматический выключатель.
Таким образом, за счет соответствующих регулировочных элементов возможно довольно точно настроить как тепловую, так и электромагнитную защиту выключателя автоматического, при этом при регулировке электромагнитной защиты, не изменяются временные пределы срабатывания по тепловой защите.
Устройство поясняется следующими графическими материалами:
На фиг. 1 – показан термоэлектромагнитный расцепитель вид спереди;
На фиг. 2 – показан термоэлектромагнитный расцепитель вид сзади;
На фиг. 3 – показан узел тепловой защиты;
На фиг. 4 – показан наконечник термоэлемента;
На фиг. 5 – показан узел электромагнитной защиты;
На фиг. 6 – показан регулятор электромагнитного расцепителя.
Устройство термоэлектромагнитной защиты содержит корпус 1 и кронштейн 2, в которых размещены узлы тепловой и электромагнитной защиты для каждого из полюсов автоматического выключателя.
Узел тепловой защиты состоит из регулятора теплового расцепителя 3, который перемещает рейку 4 вдоль оси рейки 5, размещенной в корпусе 1. В рейке 4 для каждого из полюсов автоматического выключателя имеется винт рейки 6. В корпусе 1 для каждого из полюсов автоматического выключателя расположен вывод 7, на котором закреплен термоэлемент 8 с наконечником термоэлемента 9, который имеет криволинейную поверхность 10.
Узел электромагнитной защиты состоит из регулятора электромагнитного расцепителя 11, который имеет криволинейную поверхность 12 и перемещает держатель 13 вокруг своей оси. В корпусе 1 для каждого из полюсов автоматического выключателя расположен вывод 8, на котором закреплен магнитопровод 14, и якорь 15. Пружина 16 связана как с держателем 13, так и с якорем 15.
При срабатывании тепловой или электромагнитной защиты происходит поворот рейки 4, что приводит к срыву молоточкообразной защелки 17, которая расцепляет автоматический выключатель.
Устройство работает следующим образом.
При прохождении электрического тока через вывод 7 выделяется энергия в виде тепла, термоэлемент 8 нагревается и изгибается в сторону с меньшим коэффициентом термического расширения. При превышении заданного значения силы тока изгиб термоэлемента 8 достигает величины, достаточной для того, чтобы наконечник термоэлемента 9 повернул рейку 4, что приводит к срыву молоточкообразной защелки 17, которая расцепляет автоматический выключатель, ударяя по его рейке.
Для регулировки уставки рабочего тока необходимо вращать регулятор теплового расцепителя 3. Под его действием рейка 4 перемещается вдоль оси рейки 5 уменьшая или увеличивая зазор между винтом рейки 6 и наконечником термоэлемента 9. При различных значениях зазора узел тепловой защиты срабатывает при различных значениях токов перегрузки. За счет криволинейной поверхности наконечника термоэлемента 10, которая близка к зависимости прогиба термоэлемента 8 от тока, протекающего по выводу 7, удается довольно точно отрегулировать узел тепловой защиты.
При прохождении электрического тока через вывод 7 создается магнитодвижущая сила, обеспечивающая проведение магнитного потока через рабочий зазор между якорем 15 и магнитопроводом 14. При превышении заданного значения тока якорь 15 притягивается к магнитопроводу 14 преодолевая усилие пружины 16 и поворачивает рейку 4, что приводит к срыву молоточкообразной защелки 17, которая расцепляет автоматический выключатель, ударяя по его рейке.
Для регулировки уставки защиты от токов короткого замыкания необходимо вращать регулятор электромагнитного расцепителя 11. Под его действием происходит поворот держателя 13 вокруг своей оси что приводит к уменьшению или увеличению натяжения пружины 16, которая также связана с якорем 15. При различных значениях натяжения пружины узел электромагнитной защиты срабатывает при различных значениях токов короткого замыкания. За счет криволинейной поверхности регулятора электромагнитного расцепителя 12, которая близка к зависимости усилия пружины 16, от ее растяжения, удается довольно точно отрегулировать узел электромагнитной защиты.
Таким образом, в предложенном устройстве термоэлектромагнитной защиты выключателя автоматического достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении точности регулировки узлов тепловой и электромагнитной защиты, что приводит к более надежной работе и уменьшает время настройки. Обеспечение повышения точности регулировки тепловой защиты достигается за счет криволинейной поверхности наконечника термоэлемента, которая близка к зависимости прогиба термоэлемента от тока, что влияет на величину регулируемого параметра – воздушного зазора между наконечником термоэлемента и винтом рейки. Обеспечение повышения точности регулировки электромагнитной защиты достигается за счет криволинейной поверхности регулятора, которая близка к зависимости регулируемого параметра – усилия пружины. Это обеспечивает повышение точности регулировки термоэлектромагнитных расцепителей выключателя автоматического, причем, при регулировке электромагнитной защиты, не изменяются временные пределы срабатывания по тепловой защите.