ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЦЕПИТЕЛЬ КОММУТАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в низковольтных автоматических выключателях.
Известен электромагнитный расцепитель по патенту на полезную модель №33461, принятый за прототип, содержащий выполненный в виде плоской изогнутой пластины П-образный магнитопровод, якорь с подпружиненным толкателем и катушку намагничивания с установленным между концами П-образного магнитопровода каркасом.
Недостатками прототипа являются возникающие в цепи электромагнита потери магнитного потока, отрицательно влияющие на величину создаваемого электромагнитом тягового усилия, а также воздействие ударных нагрузок на возвратную пружину при срабатывании расцепителя.
При применении конца магнитопровода в виде полукольца, магнитный поток в якоре распределяется неравномерно, так как частично площадь поперечного сечения якоря остается не закрытой полукольцом. В результате магнитный поток в якоре под полукольцом больше, чем в незакрытом полукольцом сечении якоря. Подобное явление приводит к возникновению перекоса в направлении действия тягового усилия, то есть результирующая сила действует не параллельно оси электромагнита, а под некоторым углом, тем самым усиливается давление на боковые стенки каркаса катушки намагничивания, увеличивается трение между якорем и внутренними стенками каркаса, увеличивается износ трущихся деталей, что в итоге сокращает срок службы устройства.
Кроме этого, наличие дополнительных сил трения, противодействующих движению якоря с толкателем, вносит дополнительную нестабильность в работу электромагнитного расцепителя.
Техническая задача заключается в создании устройства, обеспечивающего пониженные потери в магнитной цепи и механических движущихся деталях, повышенный ресурс эксплуатационной работоспособности.
Технический результат заключается в уменьшении потерь в магнитной цепи электромагнита при снижении износа движущихся механических деталей и, следовательно, увеличении срока эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что в электромагнитном расцепителе коммутационного устройства, содержащем выполненный в виде плоской изогнутой пластины П-образный магнитопровод, якорь с подпружиненным толкателем и катушку намагничивания с установленным между концами П-образного магнитопровода каркасом, магнитопровод выполнен из магнитомягкого материала в виде изогнутой полосы П-образной формы, при этом верхняя часть магнитопровода выполнена U-образной формы с возможностью закрепления катушки намагничивания, при этом ветви U-образной вилки выполнены длиной не более диаметра каркаса катушки намагничивания, а в нижней части магнитопровода выполнены выступ, отверстие для закрепления расцепителя в каркасе коммутационного устройства и отверстие для закрепления соответствующего проводника, причем выступ выполнен с возможностью взаимодействия с каркасом катушки намагничивания и снабжен центральным отверстием, а его диаметр соответствует внутреннему диаметру каркаса катушки намагничивания, причем в нижней части магнитопровода выполнены два резьбовых отверстия с увеличенным количеством витков резьбы, при этом катушка намагничивания расположена внутри магнитопровода и выполнена из электротехнического материала с малым удельным сопротивлением, а каркас катушки намагничивания выполнен полым цилиндрическим из твердого устойчивого к нагреву диэлектрического материала и в средней его части снабжен юбкой, выполненной зацело с ним с возможностью размещения верхней части магнитопровода и надежной фиксации каркаса катушки намагничивания, при этом ширина юбки каркаса определяется возможностью обеспечения надежного крепления каркаса в магнитопроводе, причем по торцу верхней кромки каркаса выполнено сквозное отверстие, диаметр которого меньше диаметра якоря, а нижняя часть каркаса катушки намагничивания расположена на поверхности магнитопровода с возможностью фиксации на выступе магнитопровода, причем внутри цилиндрической полости каркаса катушки намагничивания расположен якорь и толкатель с противодействующей пружиной, якорь выполнен полнотелым, правильной цилиндрической формы из ферромагнитного материала и снабжен расположенным в его нижней части глухим отверстием, причем наружная цилиндрическая поверхность якоря выполнена с минимальной шероховатостью с возможностью максимального снижения возникающего при его движении трения между нею и стенками каркаса катушки намагничивания, а отверстие якоря выполнено с возможностью размещения в нем и защиты от ударных нагрузок противодействующей пружины в сжатом состоянии и ограничителя хода толкателя, при этом толкатель выполнен из мягкого цветного металла, расположен в отверстии магнитопровода и снабжен выполненным зацело с ним ограничителем хода, причем верхняя часть ограничителя выполнена сферической и расположена по центру глухого отверстия якоря с возможностью фиксации противодействующей пружиной в заданном положении, а противодействующая пружина выполнена из упругой проволоки и расположена на толкателе, при этом между нижней частью магнитопровода и намагничивающей обмоткой установлена изоляционная прокладка.
Полезная модель поясняется следующими иллюстрациями:
Фиг. 1 - Электромагнитный расцепитель в разрезе.
Фиг. 2 - Электромагнитный расцепитель, вид снизу.
Фиг. 3 - Магнитопровод. где:
1. Магнитопровод.
2. Катушка намагничивания.
3. Глухое отверстие.
4. Якорь.
5. Ограничитель хода толкателя.
6. Противодействующая пружина.
7. Прокладка (кольцо) из электроизоляционного материала.
8. Толкатель.
9. Резьбовое отверстие крепления электромагнита к корпусу.
10. Резьбовое отверстие для закрепления проводника.
11. Выступ.
12. Отверстие под толкатель.
13. Верхняя часть магнитопровода.
14. Каркас катушки намагничивания.
15. Юбка каркаса.
16. Отверстие в торце каркаса.
17. Нижняя часть магнитопровода.
Электромагнитный расцепитель содержит магнитопровод 1, катушку намагничивания 2 с каркасом 14, якорь 4, толкатель 8 с ограничителем хода 5 и противодействующей пружиной 6.
Магнитопровод 1 выполнен из магнитомягкого материала в виде изогнутой полосы П-образной формы.
В нижней части магнитопровода 1 выполнено два резьбовых отверстия: отверстие 9 для закрепления расцепителя в корпусе коммутационного устройства (на фиг. не показан) и отверстие 10 для закрепления подводящего электропитание проводника, при этом оба отверстия выполнены с увеличением количества витков резьбы.
В нижней части 17 магнитопровода 1 методом штамповки выполнен выступ 11.
Выступ 11 выполнен с возможностью взаимодействия с каркасом 14 катушки намагничивания 2 и снабжен центральным отверстием 12.
Диаметр выступа 11 соответствует внутреннему диаметру каркаса 14 катушки намагничивания 2 и является ее посадочным местом.
Верхняя часть 13 магнитопровода 1 выполнена U-образной формы с возможностью закрепления катушки намагничивания 2, при этом ветви U-образной вилки выполнены длиной не более диаметра каркаса катушки намагничивания.
Катушка намагничивания 2 расположена внутри магнитопровода 1 и выполнена из электротехнического материала с малым удельным сопротивлением.
Каркас 14 катушки намагничивания 2 выполнен полым цилиндрическим из твердого диэлектрического материала, устойчивого к нагреву.
Заявляемое исполнение позволяет обеспечить любое рабочее пространственное положение при вращении каркаса 14 вокруг своей оси и размещенных в нем деталей электромагнита, что снижает требование к точности изготовления, при его размещении и эксплуатации.
В средней части каркас 14 снабжен выполненной зацело с ним юбкой 15, являющейся опорной площадкой для размещения верхней части 13 магнитопровода 1, что способствует надежной фиксации каркаса 14 и препятствует его свободному движению вдоль своей оси. Конструкция юбки 15 дополнительно позволяет снизить негативные механические воздействия на элементы расцепителя при вибрациях, тряске и других механических воздействиях при эксплуатации устройства. Ее ширина зависит от величины зазора между каркасом и магнитопроводом и определяется возможностью обеспечения надежного крепление каркаса 14 в магнитопроводе 1.
По торцу верхней кромки каркаса 14 выполнено сквозное отверстие 16, диаметр которого меньше диаметра якоря 4. Отверстие 16 предназначено для вентиляции и охлаждения греющихся от вихревых токов якоря 4 и толкателя 8, расположенных внутри каркаса 14, а также позволяет простым механическим нажатием на верхнюю часть якоря 4 сымитировать его работу и проверить работоспособность расцепителя при настройках и эксплуатации.
Нижняя часть каркаса 14 расположена на поверхности магнитопровода 1 и, оставаясь открытой, надежно фиксируется на выступе 11 магнитопровода 1.
Внутри цилиндрической полости каркаса 14 расположен якорь 4 и толкатель 8 с противодействующей пружиной 6.
Якорь 4 выполнен полнотелым, правильной цилиндрической формы из ферромагнитного материала и снабжен глухим отверстием 3, расположенным в его нижней части.
Наружная цилиндрическая поверхность якоря 4 выполнена с минимальной шероховатостью с возможностью максимального снижения возникающего при его движении трения между нею и стенками каркаса 14 в целях снижения переменной погрешности токовой уставки расцепителя в процессе эксплуатации.
Отверстие 3 якоря 4 выполнено с возможностью размещения в нем противодействующей пружины 6 и ограничителя хода 5 толкателя 8.
Толкатель 8 выполнен из мягкого цветного металла и снабжен выполненным зацело с ним ограничителем хода 5, нижняя часть толкателя расположена в отверстии 12 магнитопровода 1.
Верхняя часть ограничителя 5 выполнена сферической, расположена по центру глухого отверстия 3 якоря 4 и удерживается противодействующей пружиной 6 в указанном положении.
Длина части толкателя 8, выходящей за пределы отверстия 12 в нижней части магнитопровода 17, выбирается такой, чтобы при его полном срабатывании обеспечивалось надежное срабатывание механизма свободного расцепления (на фиг. не показано) при проворачивании рейки сброса (на фиг. не показано).
Противодействующая пружина 6 выполнена из упругой проволоки и расположена на толкателе 8.
Пружина 6 возвращает толкатель 8 и якорь 4 в исходное состояние после отключения электропитания катушки намагничивания 2.
Размер верхней части каркаса 14 над юбкой 15 и длина якоря 4 выбираются исходя из того, что при полном срабатывании электромагнита и прижатия якоря 4 к выступу 11 в нижней части магнитопровода 17, верхний его конец находился на уровне юбки 16 или верхней части магнитопровода 13.
Между нижней частью магнитопровода 17 и намагничивающей обмоткой 2 установлена изоляционная прокладка 7, защищающая нижние витки катушки намагничивания 2 от замыкания на магнитопровод 1, а лаковое покрытие нижнего витка - от повреждений.
При этом часть подпружиненного якоря 4 в рабочем положении находится выше верхнего края магнитопровода 13 и предназначена для того, чтобы при срабатывании электромагнита и его движении вниз между верхним концом 13 магнитопровода 1 и движущимся якорем 4 не образовывался воздушный зазор, препятствующий обеспечению необходимого тягового усилия за счет роста сопротивления магнитному потоку, а скорость движения якоря 4 и тяговое усилие электромагнита увеличивались при срабатывании.
Отверстие 3 якоря 4 выполнено с возможностью свободного размещения в нем пружины 6 в сжатом состоянии и ограничителя хода 5 толкателя 8, так как при срабатывании электромагнита якорь 4 прижимается к выступу 11 нижней части магнитопровода 17 и необходимо защитить от ударных воздействий противодействующую пружину 6, иначе ударные нагрузки разрушат ее структуру, снизят обеспечиваемый ею противодействующий момент. Как следствие, самопроизвольно изменится уставка расцепителя и его настройка, что может привести к полному выходу из строя расцепителя в процессе эксплуатации.
Потеря работоспособности расцепителя при возникающих токах короткого замыкания чревата экономическим ущербом от сгоревшего оборудования и другими тяжелыми последствиями.
Предлагаемый электромагнитный расцепитель работает следующим образом.
При возникновении короткого замыкания в силовой цепи увеличение тока в цепи приводит к увеличению магнитного потока, создаваемого намагничивающей обмоткой 2, и, соответственно, силы, воздействующей на якорь 4 и достаточной для преодоления противодействующего усилия пружины 6. Якорь 4, двигаясь до соприкосновения с выступом 11 магнитопровода 1, перемещает толкатель 8, который, в свою очередь, воздействует на рейку механизма свободного расцепления (на фиг. не показана), обеспечивая мгновенное отключение автоматического выключателя
Предлагаемый расцепитель не имеет регулировки уставки срабатывания, а величина его срабатывания жестко задается при изготовлении. Определяющими являются количество витков и противодействующий момент пружины 6. При использовании данного расцепителя упрощается его конструкция и сборка и удешевляется себестоимость. Конструкция предложенного расцепителя повышает надежность его работы, точность уставок и долговечность.
Таким образом, задача создания устройства, обеспечивающего пониженные потери в магнитной цепи и механических движущихся деталях и повышенный ресурс эксплуатационной работоспособности при уменьшении потерь в магнитной цепи электромагнита при снижении износа движущихся механических деталей и, следовательно, увеличении срока эксплуатации, решена.