автоматический выключатель

Формула изобретения

Автоматический выключатель, содержащий изоляционный корпус с окном для присоединения внешнего провода к выводу, механизм свободного расцепления, тепловой максимальный расцепитель тока комбинированного нагрева, включающий нагревательный элемент, шунт, установленные на термобиметаллической пластине и размещенные на токоведущей стойке с устройством температурной компенсации в виде термобиметаллической пластины, установленной на фланце, совмещенном с рейкой из изоляционного материала, и расположенными на подвижной каретке с возможностью взаимодействия свободного конца термобиметаллической пластины с подвижным рычагом, воздействующим на рейку механизма свободного расцепления, отличающийся тем, что он снабжен Z-образным жестким токопроводом и Г-образным наконечником, выполняющим функцию экрана газовых потоков и контактирующим с выводом токоведущей стойки, причем Z-образный жесткий токопровод установлен таким образом, что огибает рейку устройства температурной компенсации и закреплен одним концом на токоведущей стойке в месте закрепления на ней термобиметаллической пластины и шунта теплового максимального расцепителя тока комбинированного нагрева, а вторым концом электрически соединен с Г-образным наконечником, при этом токоведущая стойка выполнена из материала с низкой электропроводностью, Z-образный жесткий токопровод и Г-образный наконечник выполнены из материала с высокой электропроводностью, а термобиметаллическая пластина устройства температурной компенсации снабжена монометаллическим противовесом, установленным сверху ее свободного конца с зазором относительно пассивного слоя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, к низковольтному электроаппаратостроению, а именно к автоматическим выключателям.

Известен автоматический выключатель, содержащий механизм свободного расцепления, тепловой максимальный расцепитель тока, включающий нагревательный элемент, установленный на термобиметаллической пластине и размещенные на токоведущей стойке с устройством температурной компенсации (Авторское свидетельство СССР N 959184, Кл. H 01 H 73/22, 1982).

Известна также конструкция автоматического выключателя, выбранная в качестве прототипа, и содержащая изоляционный корпус с окном для присоединения внешнего провода к выводу, прикрытым экраном газовых потоков, механизм свободного расцепления, тепловой максимальный расцепитель тока комбинированного нагрева, включающий нагревательный элемент, шунт, установленные на термобиметаллической пластине и размещенные на токоведущей стойке с устройством температурной компенсации в виде термобиметаллической пластины, установленной на фланце, совмещенном с рейкой из изоляционного материала, и расположенными на подвижной каретке с возможностью взаимодействия свободного конца термобиметаллической пластины с подвижным рычагом, воздействующим на рейку механизма свободного расцепления (Автоматические выключатели типа АЕ2046 ТУ 16-522.064-82).

К недостаткам известных конструкций можно отнести повышенную материалоемкость цветных металлов, например меди. Это объясняется тем, что при выборе сечения токоведущей стойки приходится учитывать не только максимальный номинальный ток автоматического выключателя, но и то, что токоведущая стойка является конструктивно-несущим элементом и должна обладать достаточной жесткостью.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение материалоемкости цветных металлов.

Для решения этой задачи автоматический выключатель, содержащий изоляционный корпус с окном для присоединения внешнего провода к выводу, механизм свободного расцепления, тепловой максимальный расцепитель тока комбинированного нагрева, включающий нагревательный элемент, шунт, установленные на термобиметаллической пластине и размещенные на токоведущей стойке с устройством температурной компенсации в виде термобиметаллической пластины, установленной на фланце, совмещенном с рейкой из изоляционного материала, и расположенными на подвижной каретке с возможностью взаимодействия свободного конца термобиметаллической пластины с подвижным рычагом, воздействующим на рейку механизма свободного расцепления, снабжен Z-образным жестким токопроводом и Г-образным наконечником, выполняющим функцию экрана газовых потоков, и контактирующим с выводом токоведущей стойки, причем Z-образный жесткий токопровод установлен таким образом, что огибает рейку устройства температурной компенсации и закреплен одним концом на токоведущей стойке в месте закрепления на ней термобиметаллической пластины и шунта теплового максимального расцепителя тока комбинированного нагрева, а вторым концом электрически соединен с Г-образным наконечником, при этом токоведущая стойка выполнена из материала с низкой электропроводностью, Z-образный токопровод и Г-образный наконечник выполнены из материала с высокой электропроводностью, а термобиметаллическая пластина устройства температурной компенсации снабжена монометаллическим противовесом, установленным сверху ее свободного конца с зазором относительно пассивного слоя.

Снижение материалоемкости цветных металлов в предлагаемой конструкции достигается за счет возможности использования материала с низкой электропроводностью при изготовлении токоведущей стойки и дифференцированного подхода при выборе сечения Z-образного токопровода, изготовленного из материала с высокой электропроводностью в зависимости от номинального тока выключателя с учетом рекомендуемой плотности тока, что и иллюстрирует эквивалентная схема теплового максимального расцепителя тока комбинированного нагрева совместно с Z-образным жестким токопроводом (фиг. 1).

В схеме приняты следующие обозначения R_гт - сопротивление гибкого токопровода; R_н - сопротивление нагревателя; R_ш - сопротивление шунта; R_тб - сопротивление термобиметаллической пластины; R_тс - сопротивление токоведущей стойки (const); R_Z - сопротивление Z-образного токопровода, выбираемое в зависимости от номинального тока выключателя.

При подборе сечений токоведущей стойки и Z-образного токопровода исходят также из условия I_Z > I_тс, где I_Z - ток через Z-образный токопровод; I_тс - ток через токоведущую стойку.

Для токов короткого замыкания или токов предельной отключающей способности условие I_Z > I_тс в силу быстротечности процесса может быть выражено следующим неравенством:



где

R_Z - сопротивление Z-образного токопровода с высокой электропроводностью;

U_Z - мгновенное падение напряжения на R_Z;

R_тс - сопротивление токоведущей стойки с низкой электропроводностью;

U_тс - мгновенное падение напряжения на R_тс;

t - текущее время.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет изменять сечение токоведущих элементов в широком диапазоне номинальных токов без изменения прочностных характеристик.

Кроме того, за счет введения дополнительных токопроводящих поверхностей (Z-образного токопровода и Г-образного наконечника) улучшается процесс теплообмена.

Применение Г-образного наконечника, совмещающего две функции: токопроводного элемента конструкции и экрана газовых потоков позволяет также экономить изоляционные материалы, например текстолит.

В результате введения в конструкцию Z-образного токопровода изменились условия развески узла температурной компенсации.

Использование монометаллического противовеса, установленного сверху свободного конца термобиметаллической пластины устройства температурной компенсации, позволило улучшить условия развески и повысить ударостойкость и вибростойкость автоматического выключателя.

На фиг. 2 показана часть автоматического выключателя, содержащая элементы, включенные в формулу;

на фиг. 3 - тепловой расцепитель максимального тока комбинированного нагрева с устройством температурной компенсации.

Автоматический выключатель содержит изоляционный корпус 1 с окном 2, прикрытым Г-образным наконечником - экраном газовых потоков 3, механизм свободного расцепления 4 (показан условно), тепловой максимальный расцепитель тока комбинированного нагрева 5, содержащий термобиметаллическую пластину 6, на которой установлен нагревательный элемент 7 с гибким токопроводом 8 и шунт 9, размещенные на токоведущей стойке 10 с устройством температурной компенсации.

Устройство температурной компенсации включает термобиметаллическую пластину 11, снабженную монометаллическим противовесом 12, установленным сверху ее свободного конца с зазором 13 относительно пассивного слоя термобиметаллической пластины 11, что позволяет не вносить погрешность в работу устройства температурной компенсации. Термобиметаллическая пластина 11 установлена на фланце 14, совмещенном с рейкой 15, и расположенными на подвижной каретке 16.

К токоведущей стойке 10 в месте закреплений на ней термобиметаллической пластины 6 и шунта 9 приварен одним концом Z-образный жесткий токопровод 17, огибающий рейку 15 и электрически соединенный вторым концом с Г-образным наконечником 3, контактирующим с выводом 18. Токоведущая стойка 10 может быть изготовлена, например, из стали, а Z-образный токопровод 17 и Г-образный наконечник 3 из латуни или меди. Сечение токоведущей стойки 10 выбирается исходя из условий достаточной жесткости конструкции и является постоянной величиной независимо от номинального тока (во всем диапазоне номинальных токов), а сечение Z-образного токопровода является величиной переменной и подбирается в зависимости от величины номинального тока с учетом рекомендуемой плотности тока.

Регулировочный винт 19 позволяет установить такой зазор между термобиметаллической пластиной 6 и рейкой 15, а также между рычагом 20 и рейкой механизма свободного расцепления 4, при которых тепловой максимальный расцепитель тока срабатывает в случае недопустимых токов перегрузки и не срабатывает при номинальном токе и малых допустимых перегрузках. Нагрев термобиметаллической пластины 6 осуществляется как непосредственно протекающим через нее током, так и нагревательным элементом 7.

Автоматический выключатель работает следующим образом.

При протекании по тепловому максимальному расцепителю тока 5 номинального тока защищаемой цепи нагрева термобиметаллической пластины 6 недостаточно для срабатывания механизма свободного расцепления 4, при этом ток проходит через гибкий токопровод 8, нагревательный элемент 7, термобиметаллическую пластину 6, шунт 9, токоведущую стойку 10, Z-образный жесткий токопровод 17, Г-образный наконечник 3.

При протекании по тепловому максимальному расцепителю тока 5 и токопроводам 8, 10, 17 токов перегрузки термобиметаллическая пластина 6, нагреваясь, как от проходящего по ней тока, так и от нагревательного элемента 7, изгибается и воздействует на рейку 15. Рейка 15, разворачиваясь через термобиметаллическую пластину 11, воздействует на рычаг 20, а последний, в свою очередь, на механизм свободного расцепления 4, вызывая его срабатывание.

При этом термобиметаллическая пластина 11 устройства температурной компенсации под воздействием температуры окружающей среды отслеживает величину прогиба термобиметаллической пластины 6, сохраняя зазор между рычагом 2 и рейкой механизма свободного расцепления 4.