ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ АВТОМАТИЧЕСКИЙ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ
AUTOMATIC QUICK-OPERATING SWITCH

Изобретение относится к электротехнике, в частности к защитной коммутационной аппаратуре, и предназначено для защиты электрических установок от токов короткого замыкания и недопустимых перегрузок.
Выключатели автоматические быстродействующие, отключающиеся при превышении тока в цепи выше установленного уровня, известны из следующих источников:
1. А.И.Голубев. Быстродействующие автоматические выключатели. - М. - Л.: Энергия, 1964, стр.153-165;
2. Учебно-методическое пособие по дисциплинам «Тяговые и трансформаторные подстанции» и «Городской электрический транспорт» для студентов специальности 101800 - «Электроснабжение железных дорог». Составитель В.Н.Яковлев. - Самара: СамИИТ, 2001, - стр.19-24;
3. Патент RU №2329559, 2006, на полезную модель «Выключатель автоматический быстродействующий».
Наиболее близким аналогом может служить выключатель автоматический быстродействующий по второму источнику на стр.19-24. Он содержит главные и дугогасительные контакты, привод для замыкания и размыкания подвижного и неподвижного контактов, состоящий из катушки, магнитопровода, главного якоря и якоря свободного расцепления, тягу, отключающую пружину, упор, рычаг и возвратную пружину. Якорь удерживается в притянутом положении при помощи магнитного потока, создаваемого постоянным током в катушке, которая выполняет функции и удерживающей, и включающей катушки. Во включенном положении выключателя одновременно с притяжением якоря притягивается также и якорь, который взводит пружину в механизме свободного расцепления. Однако под действием магнитного потока рассеяния катушки якорь не может удерживаться в притянутом положении и под действием пружины возвращается в исходное состояние, ударяет по защелке и освобождает тягу, обеспечивающую замыкание главных контактов.
При возникновении аварийных токов команда на отключение выключателя подается с помощью реле дифференциально-шунтового, который отключает питание удерживающей катушки. При обесточивании удерживающей катушки якорь отходит от сердечника и ударяет по упору тяги. Это приводит сначала к размыканию главных контактов, а затем дугогасительных.
Недостатком представленного выключателя является наличие большого по габаритам привода для обеспечения необходимого контактного нажатия контактов во включенном положении, а также большое количество осей вращения подвижных частей механизма, что свидетельствует о замедлении процесса отключения выключателя.
Большие габариты выключателя и большое количество промежуточных деталей между приводом и контактами свидетельствуют о высокой стоимости выключателя. Применение реле дифференциального шунтового как отдельного устройства приводит к необходимости дополнительного рабочего пространства для его размещения.
Изобретение решает задачу создания простого по конструкции и надежного в эксплуатации выключателя.
Технический результат, который создается изобретением, состоит в повышении быстродействия и уменьшении габаритов выключателя.
Сущность изобретения заключается в комплексе принятия мер по снижению габаритов и времени срабатывания выключателя. Реле дифференциально-шунтовое выполняется как одно целое с выключателем и располагается на выводной шине выключателя. Ось вращения подвижного контакта располагается в теле подвижного контакта и проходит через центр тяжести контакта. Приводная тяга, приводящая в движение подвижный контакт, одним концом соединена с подвижным контактом. Длина тяги и угол поворота подвижного контакта выбраны таким образом, что приводная тяга совершает поворот на крайне малый угол, движение тяги практически прямолинейно. На длине приводной тяги имеются три ограничителя, два из которых через пружину контактного нажатия и качающуюся кулису соединены с якорем главного электромагнита, и один ограничитель соединен с якорем электромагнита свободного расцепления. При полностью притянутом главном якоре пружина контактного нажатия должна сжиматься и через ограничитель передать усилие на приводную тягу, а при отключении выключателя - через качающуюся кулису передать усилие на разгон главного якоря до момента выбора провала.
Прохождение оси вращения подвижного контакта через его центр тяжести, прямолинейное движение приводной тяги, а также уменьшение количества промежуточных и дополнительных рычагов уменьшают момент инерции всего механизма и соответственно требуемое усилие для приведения в движение подвижного контакта, что говорит о меньшей мощности привода и более высоком быстродействии выключателя при отключении. Кроме того, все эти меры снижают габариты и себестоимость выключателя. Кроме этого, наличие в конструкции выключателя реле дифференциально-шунтового повышает быстродействие выключателя при отключении токов короткого замыкания.
Изобретение поясняется примером выполнения выключателя. На фиг.1 показан патентуемый выключатель во включенном положении; на фиг.2 - то же, но в отключенном положении; на фиг.3 - то же, в предвключенном положении.
Выключатель автоматический быстродействующий состоит из подвижного контакта 1, неподвижного контакта 2, приводной тяги 3, расположенных на тяге ограничителей 4, 5 и 6, пружины контактного нажатия 7, качающейся кулисы 8, рычага 9, якоря главного электромагнита 10, магнитопровода главного электромагнита 11, реле дифференциально-шунтового 12, катушки управления 13, пружины отключения 14, упора якоря свободного расцепления 15, якоря свободного расцепления 16, магнитопровода электромагнита свободного расцепления 17.
Работа выключателя осуществляется следующим образом.
пит
Для включения выключателя на катушку управления 13 подается соответствующее напряжение U. Ток в катушке управления 13 создает в магнитопроводе главного электромагнита 11 магнитный поток. Якорь свободного расцепления 16 в начале включения полностью притянут к магнитопроводу электромагнита свободного расцепления 17, и появление тока в катушке управления 13 вызовет появление большой притягивающей силы якоря свободного расцепления 16 к магнитопроводу 17. Главный якорь 10 начнет притягиваться к магнитопроводу главного электромагнита 11 и вызовет растяжение отключающей пружины 14, перемещение приводной тяги 3 и поворот подвижного контакта 1. Но движение приводной тяги 3 после некоторого перемещения будет ограничено ограничителем 6, который в процессе включения упрется в упор якоря свободного расцепления 15, соединенного с якорем свободного расцепления 16. Дальнейшее притяжение главного якоря 10 вызовет окончательное растяжение отключающей пружины 14 и сжатие пружины контактного нажатия 7 через качающуюся кулису 8. Подвижный контакт 1 остановится в предвключенном положении (между контактами 1 и 2 останется воздушный зазор). Через некоторый промежуток времени ток в катушке управления 13 должен снизиться до некоторого значения, называемого током удержания. Главный якорь 10 останется в притянутом положении за счет магнитного потока от тока удержания, а якорь 16 свободного расцепления не сможет удерживаться в притянутом к магнитопроводу 17 положении и отпадает от него. При отпадании якоря свободного расцепления 16 с упором 15 приводная тяга 3 более не удерживается ограничителем 6 и за счет усилия пружины контактного нажатия 7 приводит подвижный контакт 1 до соприкосновения с неподвижным контактом 2. Между ограничителем 5 и качающейся кулисой 8 должно остаться небольшое расстояние для обеспечения контактного нажатия. Выключатель включен.
гл
При увеличении тока I в защищаемой цепи до величины срабатывания выключателя реле дифференциально-шунтовое 12 вызовет обрыв удерживающего тока в катушке управления 13. Под действием усилий отключающей пружины 14 и пружины контактного нажатия 7 главный якорь 10 отпадает от магнитопровода 11. При выборе провала качающаяся кулиса 8 плотно соединяется с ограничителем 5. После этого движение главного якоря 10 передается через качающуюся кулису 8, упор 5, приводную тягу 3 непосредственно на подвижный контакт 1. Подвижный контакт 1 размыкается с неподвижным контактом 2.
Таким образом, за счет расположения оси вращения подвижного контакта в центре тела этого контакта и приведения в движение контакта приводом через тягу, имеющую практически прямолинейное движение, обеспечено высокое быстродействие выключателя. Уменьшение массы и габаритов выключателя приводит к снижению его стоимости. Встроенное в устройство выключателя реле дифференциально-шунтовое увеличивает быстродействие и способствует сокращению занимаемого рабочего пространства.