Быстродействующий привод выключателя постоянного тока

 

Использование: в низковольтных электрических аппаратах защиты постоянного тока, преимущественно для защиты пелупроводниковых преобразователей. Сущность изобретения в среднем стержне Ш-образной магнитной системы выполнено сквозное отверстие, в котором свободно расположен толкатель якоря. В основании магнитной системы симметрично относительно первого сквозного отверстия выполнены два сквозных отверстия в которых свободно установлены дополнительные толатели, перемещаемые при прохождении тока по короткозамкнутой обмотке, установленной на среднем стержне мэгнитной системы Дополнительные толкатели через изоляционную колодку действуют на подвижные контакты, размыкая цепь 1 з п ф-лы, 6 ил (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

IsI)s Н 01 Н 71/43. 77/10

ГОСУДАР CT В Е ННЫ И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ...1Г. .-,)..! Г Пг,г, (21) 4789415/07 (22) 07.02.90 (46) 30.08.92. Бюл. N. 32 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт .низковольтного аппаратостроения (72) Г. В. Могилевский (56) Авторское свидетельство СССР

N296172,,кл. Н 01 Н 73/38, 1971.

Карпенко Л. И. Быстродействующие электродинамические отключающие устройства,- Л.: Энергия, 1973. с. 22-27.

Дзежбицки С., Бальчук Е., Токоограничивающие выключатели переменного тока.

Пер. с польск.- Л.: Энергоиздат. 1982, с. 3132. (54) БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ПРИВОД

B Ы КЛ ЮЧАТЕЛ Я ПОСТОЯ Н НО ГО ТОКА

Изобретение относится к области низковольтных электрических аппаратов защиты постоянного тока и предназначено, в основном, для защиты полупроводниковых преобразователей.

Для обеспечения надежной работы полупроводниковых преобразователей применяются быстродействующие автоматические выключатели переменного и постоянного тока.

Токоограничивающая способность выключателей определяется в основном быстродействием привода главных контактов и эффективностью дугогасител ьной камеры, . Известны быстродействующие приводы электродинамического типа, основанные на взаимодействии контактодержателей

SU«1758699 А1 (57) Использование: в низковольтных электрических аппаратах защиты постоянного тока, преимущественно для защиты пвлупроводниковых преобразователей. Сущность изобретения: в среднем стержне

Ш-образной магнитной системы выполнено сквозное отверстие, в котором свободно расположен толкатель якоря, В основании магнитной системы симметрично относительно первого сквозного отверстия выполнены два сквозных отверстия, в которых свободно установлены дополнительныетолкатели, перемещаемые при прохождении тока по короткозамкнутой обмотке, установленной на среднем стержне магнитной системы. Дополнительные толкатели через изоляционную колодку действуют на подвижные контакты, размыкая цепь. 1 з.п, ф-лы, 6 ил, главных контактов при протекании по ним токов короткого замыкания.

Недостатком данных приводов являются сравнительно с другими приводами малые величины сил при токах уставки, равных (2-4) IHp, требуемых для защиты полупроводниковых преобразователей; Это обуславливает повышенные значения времен размыкания контактов и, следовательно, низкую токоограничивающую способность выключателей, Известны быстродействующие индукционно-динамические приводы с емкостным источником питания.

Данные приводы обеспечивают необходимое токоограничение выключателей.

Однако их недостатками являются по.вышенные габариты, материалаемкость и

1758699

25

35

55 стбимость вследствие применения конденсаторов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является электромагнитный привод с токовой обмоткой с непосредственным воздействием якоря на подвижный мостиковый контактодержатель главных контактов через толкатель к токоограничивающим выключателям фирмы АЭГ.

Недостатком данного привода является малое быстродействием вследствие запаздывания движейия подвижного контактодержателя после достижения тока уставки, поскольку необходим выбор зазора между толкателем и подвижным контактодержателем, а также вследствие присущей электромагнитным приводам меньшей скорости из-за повышенной массы якоря. Уменьшение зазора до нуля невозможно вследствие уменьшения нажатия на контакты при увеличении тока, Увеличение же силы контактной пружины приводит к уменьшению быстродействия. Уменьшение массы якоря ограничено насыщением магнитной системы и, следовательно, ведет к уменьшению силы и быстродействия.

Цель изобретения — повышение быстродействия привода для токоограничивающих выключателей постоянного тока при ограниченных габаритах и стоимости.

Поставленная цель дос игается тем, что быстродействующий привод выключателя постоянного тока, содержащий магнитную систему с токовой обмоткой, якоря, толкатель якоря, расположенный между якорем и контактодержателем подвижных контактов тем, снабжен короткозамкнутой обмоткой, двумя дополнительными толкателями и изоляционной колодкой, магнитная система выполнена Ш-образной, в среднем стержне магнитной системы выполнено сквозное отверстие, в котором свободно расположен толкатель якоря, короткозамкнутая обмотка установлена на среднем стержне между токовой обмоткой и основанием магнитной системы, в котором симметрично относительно сквозного отверстия в среднем стержне выполнены два сквозных отверстия так, что свободно установленные в этих отверстиях дополнительные толкатели имеют возможность взаимодействия с короткозамкнутой обмоткой, подпружиненной относительно основания магнитной системы, на выступающей из сквозного отверстия части толкателя якоря свободно установлена изоляционная колодка с возможностью взаимодействия одной стороной с контактодержателем подвижных контактов выключателя, а другой стороной — с дополнительными толкателями, а также тем, что расстояние между средним и крайними стержнями Ш-образной магнитной системы в месте расположения короткозамкнутой обмотки выполнено меньшим, чем в месте расположения токовой обмотки.

Именно за счет того, что на контактодержатель подвижных контактов действуют толкатели короткозамкнутой обмотки, а затем толкатель якоря, достигается повышение быстродействия привода при ограниченных габаритах и стоимости.

На фиг, 1, 2 и 3 представлены проекции конструкции предлагаемого привода в отключенном состоянии выключателя; на фиг, 4 и 5 — то же, во включенном состоянии выключателя при величине тока в токовой катушке, меньшей тока уставки; на фиг. 6— графики изменения переменных величин, Привод быстродействующего выключателя постоянного тока (фиг, 1, 2 и 3) содер>кит неподвижную магнитную систему I

LU-образной формы, неподвижную токовую обмотку 2 прямоугольного сечения, намотанную, преимущественно медной лентой подвижный якорь 3, толкатель якоря 4, cBQ бодно проходящий через сквозное отверстие по центру среднего стержня неподвижной магнитной системы, пружину растя>кения 5, неподвижный упор 6, подвижную короткозамкнутую обмотку 7 прямоугольного сечения, скобы 8, жестко соединенные с подвижной короткозамкнутой обмоткой 7, пружины сжатия 9, неподвижные упоры 10, дополнительные толкатели 11, проходящие свободно через сквозные отверстия неподвижной магнитной системы, изоляционную колодку 12 с отверстием по центру, через которое свободно проходит толкатель якоря 4, На фиг. 1-5 также показаны основные узлы контактной системы выключателя, на которую воздействует привод. Она содержит контактодержатель 13 с подвижными контактами, выполненный в виде мостика; пружину сжатия 14, осуществляющую контактное нажатие, обойму 15, связанную кинематически с механизмом свободного расцепления выключателя, контактодержатели 16 неподвижных контактов с выводными шинами.

На фиг, 1-5 для упрощения не показаны направляющие для движения якоря 3 и короткозамкнутой обмотки 7, детали крепления магнитной системы 1 и обмотки 2, механизм свободного расцепления и его связь с обоймой 15.

Длина толкателя 4 может быть выбрана из условия обеспечения необходимого раствора главных контактов при притянутом

1758699 якоре 3 и неподвижной магнитной системе

1, Токовая обмотка 2 соединена последовательно с контактами контактной системы.

В отключенном состоянии выключателя (фиг. 1, 2 и 3) обойма 15 вместе с контактодержателем 13 и пружиной 14 отведена от неподвижных KQHTBKToB.

Якорь 3 пружиной растяжения 5 поджат к упору 6, короткозамкнутая обмотка 7 пружинами сжатия 9 через скобы 8 поджата к магнитной системе 1, Толкатели 11 вместе с изоляционной колодкой 12 находятся в верхнем положении. Колодка 12 и контактодержатель 13 могут быть взаимно расположены с воздушным зазором или касаться друг друга. Толкатели 11 и колодка 12 могут быть либо соединены жестко, либо касаться друг друга.

Постоянный ток, проходящий по токовой обмотке 2, создает в магнитной системе

1 магнитный поток Ф, проходящий по центральному стержню и далее параллельно по крайним стержням и через воздушные зазоры между крайними стержнями и концами якоря 3 через воздушный зазор между якорем 3 и центральным стержнем.

На якорь 3 действует электромагнитная сила F><, притягивающая его к неподвижной магнитной системе. Значение силы пружины растяжения 5 выбирается из условия отрыва якоря 3 от упора 6 при токе уставки выключателя.

Разность сил пружины сжатия 14 и пружин сжатия 9 равна силе контактного нажатия, определяемого по условиям нагрева контактов при протекании номинального тока.

При включении и отключении номинального тока и изменении магнитного потока Ф в короткозамкнутой обмотке 7 на водится ток 12, что приводит к возникновению силы Р,, направленной в сторону толкателей 11, Выбором параметров привода обеспечивается отсутствие размыкания контактов и недопустимого по условиям их нагрева уменьшения кратковременно силы контактного нажатия.

При возникновении в защищаемом выключателем преобразователе короткого замыкания происходит увеличение тока i) B токовой обмотке 2 и потока Ф с повышенной скоростью, что вызывает резкое увеличение тока iz в короткозамкнутой обмотке 7 и соответственно силы F>. а также силы F>M (фиг, 4).

Поскольку между толкателем 4 и контактодержателем 13 подвижных контактов имеется зазор и сила Рп больше F>M на начальном этапе роста тока короткого замыкания, то размыкание контактов происходит под действием толкателей 11.

Повышенное значение силы Fn на начальном этапе обусловлено наведением в

5 короткозамкнутой обмотке 7 тока г приближенно равным I)W1, где W1 — число витков токовой обмотки 2.

На фиг. 6 показано качественное изменение сил Fn и F», токов II и I, перемеще10 ния д> короткозамкнутой обмотки 7, перемещения д якоря 3 и перемещения д» контактов.

При ограничении тока It электрической дугой, возникающей между размыкающи15 мися контактами, происходи1 уменьшение скорости изменения тока !! и, соответственно, уменьшение тока ц и силы F„, Это приводит к уменьшению скорости перемещения контактов дп. При этом будет проис20 ходить увеличение магнитного потока Фи, соответственно, силы F > за счет уменьшения воздушного зазора между якорем 3 и неподвижной магнитной системой 1 и уменьшение размагничивающего действия

25 подвижной короткозамкнутой обмотки 7, поскольку приближенно 1> — (IiWI - 4)тв:

30 1

Gn-д д

/

35 воздушных зазоров, д (фиг. 1, 2);

5п — площадь торца центрального стержня:

Sz — площадь прилегания якоря и крайнего стержня; р„- магнитная проницаемость воздуха.

Это приводит к ускорению перемещения д z якоря 3 и его воздействию с контактодержателем 13 подвижных контактов в момент времени tK. Далее движение указан45 ного контактодержателя 13 происходит только под действием якоря 3.

При этом масса короткозамкнутой об мотки 7 и изоляционной колодки 12 не оказывает тормозящего действия на движение якоря 3 с контактодержателем 12 подвижных контактов.

В процессе движения якорь 3 воздействует на механизм свободного расцепления (не показан), что вызывает размыкание главных контактов на заданный раствор после отключения тока и возврата якоря 3 в исходное положение, показанное на фиг. 1. 2 и 3. под действием пружины растяжения 5

1758699

2роЯ Ь гп с

При малой скорости нарастания тока короткого замыкания, вызванной повышенным значениеM индуктивности контура, когда величины силы Fn меньше силы контактного нажатия, размыкание контактов происходит под действием якоря 3 с запаздыванием, однако при этом токоограничивающая способность выключателя не ухудшается, поскольку за время запаздывания ток короткого замыкания существенно не увевнчивается.

По сравнению с устройством-прототиФ пом предлагаемое устройство обладает следующими преимуществами: — HR коитактодержатель подвижных контактов без запаздывания, свойственного электромагнитному приводу по прототипу из-за необходимости введения зазора между якорем и указанным контактодержателем, действует сила от короткозамкнутой обмотки, что уменьшает время размыкания главных контактов; — скорость размыкания контактов, определяющая в первую очередь токоограничивающую способность выключателя, увеличивается за счет большей силы F> по сравнению с F и меньшей массы короткозамкнутой обмотки по сравнению с массой якоря; — в одной конструкции с общей магнитной системой сочетаются два типа привода — электромагнитный и электродинамичеокий, воздействующие последовательно на контактодержатель подвижных контактов; — сочетание двух типов приводов позволяет одновременно устранить недостаток электродинамического привода, заключающийся в существовании зоны токов, в которой возможен отброс и последующий возврат контактодержателя подвижных контактов с вероятностью приваривания контактов, и недостаток электромагнитного привода, заключающийся в запаздывании воздействия на указанный контактодержатель. Поскольку величины токов в короткозамкнутой обмотке 7 и, соответственно, силы Fn, действующей на короткозамкнутую обмотку 7, пропорциональны числу витков токовой обмотки 2, то желательно их увеличивать. Однако при этом увеличиваются активное сопротивление токовой обмотки 2 и, соответственно. тепловые потери в ней, это вызывает недопустимый нагрев выключателя. Поэтому необходимо увеличивать сечение токовой обмотки 2 и, соответственно. ширину пазов в неподвижной магнитной системе. Увеличение высоты токовой обмотки

2 нежелательно вследствие большего увеличения длины ма нигнои цепи и влияния потерь намагничиялющей силы. l5

С другой стороны, величина силы, действующей на подвижную короткозамкнутую обмотку, равная где l2 — ток в короткозамкнутой обмотке;

Ь вЂ” длина обмотки в пазу (фиг. 2); с — ширина паза (фиг. 1). обратно пропорциональна ширине паза (в пределах до насыщения магнитной системы). Отсюда следует, что для привода выключателей на повышенные номинальные токи (ориентировочно более 63 А) целесообразно применять Ш-образную магнитную систему, в которой ширина пазов в месте расположения короткозамкнутой обмотки 7 была бы меньше, чем в месте расположения токовой обмотки 2. Данный вариант конструкции показан на фиг. 1-3. Ее недостаток— более сложная форма магнитной системы— компенсируется преимуществами: уменьшением тепловых потерь в токовой обмотке, повышением быстродействия, Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство позволяет повысить быстродействие привода для токоограничивающих выключателей постоянного тока при ограниченных его габаритах и стоимости за счет того, что на контактодержатель главных подвижных контактов действуют толкатели короткозамкнутой обмотки и толкатель якоря, установленные заявляемым образом, а также за счет применения совмещенной магнитной системы.

Формула изобретения

1. Быстродействующий привод выключателя постоянного тока, содержащий магнитную систему с токовой обмоткой, якорь, толкатель якоря, расположенный между якорем и контактодержателем подвижных контактов выключателя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быстродействия при сохранении габаритов и стоимости, он снабжен короткозамкнутой обмоткой, двумя дополнительными толкателями и изоляционной колодкой, магнитная система выполнена LLl-образной, в среднем стержне магнитной системы выполнено сквозное отверстие, в котором свободно расположен толкатель якоря, короткозамкнутая обмотка установлена на среднем стержне между токовой обмоткой и основанием магнитной системы, в котором симметрично относительно сквозного отверстия в среднем стержне выполнены два сквозных отверстия так, что свободно установленные в этих отверстиях дополни175Р699

1О тельные толкатели имеют возможность взаимодействия с короткозамкнутой обмоткой, подпружиненной относительно основания магнитной системы, на выступающей из сквозного отверстия части толкателя якоря свободно установлена изоляционная колодка с возможностью взаимодействия одной стороной с контактодержателем подвижных контактов выключателя. à дру ой с. оро

H о Й - - C Q 0 fl о л H M T P. Il b H br M N T Jl K 3 T r. r r я M < ь

2. Привод по и, 1, о т л и ч:! о щ и и с t тем, что расстояние между средним и

5 крайними стержнями Ш-образной магнитной системы в месте расположения коро1козамкнутой обмотки выполнено меньшим. чем в месте расположения токовой обмотки

1758699

1758699

Составитель Г.Могилевский

Редактор Л.Веселовская Техред М.Моргентал Корректор М.Демчик

Заказ 3003 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101