ES2268750T3 - Estructura de contacto movil para un disyuntor. - Google Patents
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Abstract
SE EXPONE UN DISYUNTOR CIRCUITAL (10) QUE TIENE UNA CARCASA (12). LA BARRA TRANSVERSAL (114) ESTA CONECTADA PIVOTALMENTE A LA CARCASA PARA PIVOTAR ALREDEDOR DE UN EJE (117) ENTRE LAS POSICIONES DE ABIERTO Y CERRADO. EL BRAZO DE CONTACTO DE LA CARGA (110) ESTA CONECTADO PIVOTALMENTE A LA BARRA TRANSVERSAL (114). EL BRAZO DE CONTACTO DE LA CARGA (110) ES CAPAZ DE PIVOTAR ALREDEDOR DEL EJE (117). UN MECANISMO DE LEVA (140) ESTA ACOPLADO MECANICAMENTE AL BRAZO DE CONTACTO DE LA CARGA (110). EL MECANISMO DE LEVA (140) ESTA MONTADO EN FORMA DESLIZANTE DENTRO DE LA BARRA TRANSVERSAL (114) PARA MOVERSE ENTRE UNA PRIMERA Y SEGUNDA POSICIONES. EN LA PRIMERA POSICION DEL MECANISMO DE LEVA (140), EL BRAZO DE CONTACTO DE LA CARGA (110) PIVOTA A TRAVES DE UN ANGULO ( BE ) ALREDEDOR DEL EJE, CON RESPECTO A LA BARRA TRANSVERSAL (114) ENTRE LAS POSICIONES DE "TACTO" Y DE CERRADO, Y EN DONDE EL BRAZO DE CONTACTO DE LA CARGA (110) PIVOTA CONJUNTAMENTE CON LA BARRA TRANSVERSAL (114) A TRAVES DE UN ANGULO ( AL) ALREDEDOR DEL EJE (117) ENTRE LAS POSICIONES DE ABIERTO Y DE "TACTO". EN LA SEGUNDA POSICION DEL MECANISMO DE LEVA (140), EL BRAZO DE CONTACTO DE LA CARGA (110) ESTA LIBRE PARA PODER PIVOTAR ALREDEDOR DEL EJE (117) A TRAVES DEL ANGULO AL A LA POSICION DE ABIERTO, MIENTRAS QUE LA BARRA TRANSVERSAL (114) SE ENCUENTRA EN LA POSICION DE CERRADO. EL MUELLE DE PRESION (160) APLICA UNA FUERZA DE PRESION PARA PRESIONAR EL MECANISMO DE LEVA (140) HACIA LA PRIMERA POSICION.
Description
Estructura de contacto móvil para un
disyuntor.
Esta aplicación es, en parte, una continuación
de la aplicación de patente co-pendiente US 08/936
003, titulada CIRCUIT BREAKER HAVING A CAM STRUCTURE WHICH AIDS BLOW
OPEN OPERATION, presentada el 23 de septiembre de 1997.
Esta invención se refiere a un mecanismo
operativo de contacto, de un disyuntor, y más en concreto a una
estructura de leva en tal mecanismo, que mejore el funcionamiento de
la apertura súbita del brazo de contacto del disyuntor, durante
condiciones de corto circuito.
Los términos "apertura súbita" o
"retirada súbita", se utilizan por lo general para describir un
mecanismo disyuntor de corriente que se usa para manejar condiciones
de sobrecarga de corriente de cortocircuito, muy altas (por ejemplo,
cuando el flujo de corriente puede ser más de 100 veces la corriente
nominal del disyuntor). El mecanismo de apertura súbita provoca que
los contactos del disyuntor se abran durante el primer milisegundo
en el que se tiene la condición de sobrecarga de corriente. Esta
rápida operación es importante para limitar el flujo de corriente a
una fracción de la corriente disponible, y por tanto para limitar
los daños en el disyuntor, y en los aparatos conectados para
recibir potencia a través del disyuntor.
La fuerza de la apertura súbita es una fuerza
magnética que se genera por el gran flujo de corriente a través de
un brazo de contacto de carga (hoja de carga), y un brazo de
contacto de línea (cinta de línea) del disyuntor. Para generar
fuerza suficiente como para "abrir repentinamente" los
contactos de carga y de línea, el disyuntor está diseñado de modo
que la hoja de carga se encuentra en estrecha proximidad, y en
paralelo, con la cinta de línea, por lo menos en parte de su
longitud. Adicionalmente, las corrientes que fluyen a través de las
partes paralelas de la hoja de carga y la cinta de línea, van en
sentidos opuestos. Este flujo de corriente produce campos magnéticos
opuestos. Debido a que la hoja de carga y la cinta de línea están en
estrecha proximidad, estos campos magnéticos opuestos interactúan
fuertemente, produciendo fuerzas suficientes para separar los
contactos más rápidamente de lo que tardaría en detenerse el flujo
de corriente mediante la función de desconexión instantánea del
mecanismo de disyuntor. Cuando los contactos han sido abiertos
repentinamente, alguna corriente seguirá fluyendo debido a los
arcos eléctricos en la cámara de arco, y a la ionización del aire en
la cámara del arco. Estas corrientes, más la condición de sobrecarga
de corriente inicial, activan el mecanismo disparador del disyuntor,
para asegurar que los contactos no se vuelven a cerrar después de
haber sido abiertos repentinamente.
La fuerza de los campos magnéticos es función
de: 1) la cantidad de corriente que fluye a través del disyuntor, 2)
la longitud de las partes paralelas de la hoja de carga y la cinta
de línea, y 3) la separación entre la hoja de carga y el contacto de
línea. Si bien esta fuerza puede hacerse muy grande mediante de
alargar las partes paralelas de la hoja de carga y la cinta de
línea, puede ser difícil implementar un diseño de este tipo en el
pequeño espacio del que, típicamente, se dispone en un disyuntor. La
fuerza de apertura súbita puede, además, incrementarse mediante
reducir la separación entre la hoja de carga y la cinta de línea.
Sin embargo, esta separación mínima está limitada por factores tales
como la necesidad de un aislamiento eléctrico fuerte entre la hoja
de carga y la cinta de línea, la resistencia del alojamiento del
interruptor, y la facilidad de montaje del interruptor.
Otro modo mediante el que puede ser ajustada la
fuerza de apertura súbita, es reducir la fuerza de derivación que
mantiene cerrados los contactos durante el funcionamiento normal.
Sin embargo, si esta fuerza es reducida en exceso los contactos
pueden abrirse de forma no deseable, durante el funcionamiento
normal.
Algunos disyuntores proporcionan presión de
contacto mediante un simple resorte que deriva el brazo de contacto
a la posición cerrada. Durante la apertura súbita, el resorte
proporciona una fuerza opuesta que se incrementa con, y es
proporcional a, el ángulo de abertura del brazo de contacto. Un
problema con esta estructura, es que el brazo de contacto se abre
más lentamente durante un corto circuito, debido a las fuerzas de
resorte opuestas, superiores, y es más probable que el brazo de
contacto se vuelva a cerrar antes de que la corriente eléctrica deje
de
fluir.
fluir.
Otro disyuntor convencional necesita diferentes
cantidades de fuerza para la apertura normal, y para la condición de
apertura súbita. Esta capacidad se proporciona mediante una
superficie de leva fija en la barra transversal, y una clavija
derivada por resorte, que se desliza en una ranura en el brazo de
contacto. Una desventaja de tal construcción, es que necesita una
barra transversal de múltiples piezas, debido a que se necesita que
la leva sea metálica para resistir el desgaste. En otros sistemas,
esta capacidad se proporciona mediante una superficie de leva en el
borde del brazo de contacto. Una pieza derivada por resorte, actúa
contra el borde con forma de leva, del brazo de contacto, cerca del
extremo pivotante. Tal estructura necesita típicamente una cantidad
de espacio relativamente grande.
Otro disyuntor convencional más, utiliza un
resorte que actúa en compresión, con un extremo articulado en una
barra transversal moldeada, y el otro extremo articulado en el brazo
de contacto. Esto crea una acción de conmutación biestable. Las
desventajas de este diseño son que, (1) típicamente el mecanismo
basculante no es compacto, debido a que el resorte debe girar a lo
largo de un amplio ángulo de rotación, en relación con la barra
transversal y, (2) el mecanismo basculante puede provocar un par de
fuerzas que actúa contra el mecanismo operativo después de un evento
de apertura súbita, reduciendo la fuerza disponible para girar la
barra transversal a la oposición abierta.
Se describe ejemplos de disyuntores en las
patentes DE 4 000 206 y US 4 849 726.
Se desea un disyuntor mejorado, para la apertura
rápida en una condición de apertura súbita, que no ocupe excesivo
espacio.
La invención consiste en un disyuntor acorde con
la reivindicación 1.
La figura 1a es una vista en sección
transversal, de un disyuntor a modo de ejemplo, acorde con la
invención, en la posición cerrada en funcionamiento normal, o
"encendida".
La figura 1b es una vista en sección transversal
del disyuntor de la figura 1A, en la posición abierta en
funcionamiento normal, o "apagada".
La figura 1c es una vista en sección transversal
del disyuntor de la figura 1A, en una condición de apertura
súbita.
La figura 2 es una vista isométrica de una
disposición de barra transversal, del disyuntor mostrado en la
figura 1A.
La figura 3 es una vista isométrica, de la
disposición de brazo de contacto dentro de la disposición de barra
transversal de la figura 2.
La figura 4 es una vista en sección transversal,
tomada a lo largo de la línea de sección 4-4 de la
figura 2.
La figura 5 es una vista en alzado del brazo de
contacto de carga de la figura 4.
Las figuras 6a y 6b son vistas en planta y en
alzado, respectivamente, de la leva de barra transversal mostrada en
la figura 4.
Las figuras y 1A a 1C muestran un disyuntor 10,
a modo de ejemplo, que tiene una base de alojamiento 12. Una barra
transversal 114 está conectada de forma pivotante, a la base 12,
para pivotar alrededor de un eje 117, entre una posición abierta o
"apagada" mostrada en la figura 1B, y una posición cerrada o
"encendida" mostrada en la figura 1A. El eje 117 pasa a través
del centro de un pasador de giro 116. Un brazo de contacto de carga
110 está conectado de forma pivotante con la barra transversal 114.
El brazo de contacto de carga 110 es capaz de pivotar alrededor del
eje 117.
Hay un mecanismo de leva acoplado mecánicamente
al brazo de contacto de carga 110. El mecanismo de leva comprende un
par de estructuras de leva 140, ubicadas dentro de la barra
transversal 114. El brazo de contacto de carga 110 está posicionado
entre las estructuras de leva 140. El mecanismo de leva está montado
de forma deslizable dentro de la barra transversal, para el
movimiento entre:
- (1)
- una primera posición del mecanismo de leva (mostrado en las figuras 1A, 1B y 4), en la que el brazo de contacto de carga 110 pivota junto con la barra transversal 114, a través de un ángulo \alpha (mostrado en la figura 1B) alrededor del eje 117, entre las posiciones abierta y cerrada; y
- (2)
- una segunda posición del mecanismo de leva (mostrada en la figura 1C), en la que el brazo de contacto de carga 110, es libre para pivotar alrededor del eje 117, hasta la posición abierta, mientras que la barra transversal 114 está en la posición cerrada.
Cada estructura de leva 140 incluye una ranura
142 de clavija de leva, que tiene una primera parte de ranura 142a y
una segunda parte de ranura 142b, incluyendo posiciones 142c y 142d.
La primera parte de ranura 142a se extiende en una dirección
aproximadamente tangencial alrededor del eje 117. La segunda parte
de ranura 142b se extiende en una dirección, que es sustancialmente
diferente respecto de la dirección de la primera parte de ranura
142a, y puede ser de aproximadamente 45 grados desde la dirección de
la primera parte de la ranura.
Según se describe con detalle más abajo, la
clavija de leva 170 se sujeta a la posición 142c o 142d, en la
segunda parte de ranura 142b, mientras que el mecanismo de leva está
en la primera posición (mostrado en las figuras 1A, 1B y 4). La
clavija de leva 170 se mueve libremente dentro de la primera parte
de ranura 142a, mientras que el mecanismo de leva está en la segunda
posición (que se muestra mejor en la figura 1C).
\newpage
El brazo de contacto de carga 110 tiene un
agujero alargado 115 de giro, que se ve mejor en la figura 5. El
agujero alargado 115 tiene una dimensión que es mayor que el
diámetro de la clavija de giro 116. Cuando la barra transversal está
en la posición "de contacto", el contacto de carga 111 y el
contacto de línea 113 empiezan a hacer contacto, y la clavija de
giro 116 está en el extremo superior del agujero alargado 115, y la
clavija de leva 170 está en la posición 142c, en la parte 142b de la
ranura de leva 142. Según la barra transversal sigue girando hasta
la posición completamente "encendida", la clavija de leva 170
es forzada a deslizar hacia arriba la superficie de leva, desde la
posición 142c, quedando en reposo en la posición 142d. Esta acción
de deslizamiento asegura que el contacto de carga 111 está sujeto
contra el contacto de línea 113, mediante una fuerza compresiva,
cuando el interruptor está en la posición cerrada (como se muestra
en las figuras 1A y 4). Según los contactos 111 y 113 se desgastan,
la posición 142d se mueve acercándose a la posición 142c.
Cada estructura de leva 140 tiene una ranura
para clavija de giro 146. La clavija de giro 116 pasa a través de la
ranura para clavija de giro 146, permitiendo a la estructura de leva
140 pivotar alrededor de la clavija de giro 116. La ranura 146 de la
clavija de giro es alargada en una dirección que permite, a la
estructura de leva 140, moverse entre la primera posición (figura
1A, 1B y 4) y la segunda posición (figura 1C).
La disposición de barra transversal comprende
además un par de conectores 150, que conectan eléctricamente el
brazo de contacto de carga 110, a una unidad disparadora 122 del
disyuntor 10. Los conectores 150 están montados en la clavija de
giro 116, y retenidos en la base 12. El brazo de contacto de carga
110 está posicionado entre los conectores 150.
La disposición de barra transversal comprende
además un medio de derivación, para aplicar una fuerza de
derivación, al efecto de derivar el mecanismo de leva hacia la
primera posición (mostrada en las figuras 1A, 1B y 4). El medio de
derivación aplica además una fuerza axial, para comprimir las
estructuras de leva 140 en la dirección del eje 117, al efecto de
mantener el contacto eléctrico entre los conectores 150 y el brazo
de contacto de carga 110.
El medio de derivación a modo de ejemplo,
incluye un respectivo resorte de torsión 160 para cada estructura de
leva. Los resortes están sujetos en su sitio mediante la clavija de
giro 116. Cada clavija de torsión 160 tiene, al menos, un extremo
que acopla una parte de una respectiva estructura de leva 140, para
derivar la estructura de leva hacia la primera posición. En la
realización a modo de ejemplo, ambos extremos del resorte de torsión
160 acoplan con una parte de la correspondiente estructura de
leva.
La invención proporciona una estructura de
contacto móvil para un disyuntor de caja moldeada, que incluye las
siguientes ventajas: (1) proporcionar una fuerza de contacto
controlada, en la posición cerrada, (2) proporcionar "carrera de
más", es decir asegurar que los contactos de carga y de línea se
sujetan juntos mediante fuerza compresiva, cuando el interruptor
está en la posición cerrada, mientras que se permite cierta erosión
de los contactos principales sin una pérdida excesiva de la fuerza
de contacto en la posición cerrada, (3) permitir la retirada súbita
de los brazos de contacto, y (4) permitir una acción de balanceo de
los contactos principales, para facilitar la abertura de los
contactos.
La invención proporciona un contacto de carga
que tiene dos niveles de fuerza diferentes, para abrir el disyuntor
10. Durante un funcionamiento normal, se ejerce una fuerza
relativamente grande para mantener los contactos en una posición
cerrada. Una vez que la leva asciende a su posición de apertura
súbita (debido a fuerzas magnéticas repulsivas procedentes de un
cortocircuito), se necesita una fuerza relativamente pequeña para
girar más el brazo de contacto de carga, de forma que los contactos
se pueden separar más rápidamente a una posición completamente
abierta.
En realizaciones de la presente invención, puede
utilizarse una barra transversal moldeada de una pieza, que reduce
los componentes y las operaciones de montaje. La barra transversal
moldeada encierra parcialmente los resortes y proporciona mejor
protección frente a daños potenciales debidos a la exposición al
arco, respecto de muchos diseños de disyuntor del arte previo.
Estas y otras ventajas de la invención, se
reconocerán fácilmente a la vista de la siguiente descripción
detallada de la realización, a modo de ejemplo.
En referencia primero a las figuras 1A a 1C, un
disyuntor 10, a modo de ejemplo, acorde con la presente invención,
incluye una base de soporte aislante 12, y una cubierta 13. Los
componentes principales del interruptor son un brazo de contacto
superior, pivotante y móvil, u hoja de carga 110, un brazo de
contacto inferior estacionaría, o cinta de línea 112, cámaras de
arco 120, un mecanismo operativo 122 del brazo de contacto superior,
una unidad de disparo 124 térmica y magnética, un terminal de carga
126 y un terminal de línea 128. El disyuntor 10 es un dispositivo
polifásico que tiene una hoja de carga 110, una cinta de línea 112,
un terminal de carga 126 y un terminal de línea 128, para cada
fase.
La hoja de carga 110 tiene un contacto eléctrico
convencional 111 con suelda fuerte, o asegurado de otro modo, de
forma conductora, un primer extremo, y un agujero de giro 115 en su
segundo extremo. La hoja de carga 110 está conectada a la unidad de
disparo térmica y magnética 124, por vía de los conectores 150
(mostrado en la figura 2). La unidad de disparo 124 está, a su vez,
conectada al terminal de carga 126. El contacto eléctrico 111 se
acopla y desacopla respecto del contacto eléctrico 113, con
soldadura fuerte, o asegurado de otro modo, de forma conductora, a
un primer extremo de la cinta de línea 112. La cinta de línea 112
tiene forma de "V", y el otro extremo de la "V" está
conectado al terminal de línea 128. La base 12 del disyuntor 10
incluye una barrera aislante 119, que separa la hoja de carga 110
respecto de una parte aproximadamente paralela de la cinta de línea
112.
Cada hoja de carga 110 está sujeta de forma
pivotante a una barra transversal 114, mediante una clavija de giro
116 que se extiende a través del agujero de giro 115 de la hoja de
carga 110. En funcionamiento normal, cada hoja de carga 110 está
fija en la barra transversal 114, por medio de un par de estructuras
de leva 140. La barra transversal 114 pivota sobre soportes
pivotantes 216 (mostrados en la figura 2), entre posiciones abierta
y cerrada (mostradas en las figuras 1A y 1B, respectivamente). Sin
embargo, durante una condición de apertura súbita (mostrada en la
figura 1C), la barra transversal 114 no pivota inmediatamente. En
cambio, la fuerza hacia arriba sobre la hoja de carga 110 nueve la
clavija de leva 170, desde la posición 142c o 142d de la ranura de
leva 142, a la parte 142a. Una vez que la clavija de leva 170 está
en la posición 142a, la hoja de leva 110 es liberada para pivotar en
torno a la clavija de giro 116, al efecto de interrumpir el contacto
con el contacto de línea 113. Después de que el contacto de carga
111 y el contacto de línea 113 han sido abiertos repentinamente, el
flujo de la corriente de apertura súbita y de la corriente residual,
provoca que el mecanismo disparador del disyuntor 10 gire
instantáneamente la barra transversal 114, en una posición
antihoraria sobre el soporte 216, asegurando que los contactos 111 y
113 no vuelven a cerrarse. El funcionamiento de la hoja de carga
110, las levas 140, y la barra transversal 114, se describen más
abajo con referencia a las figuras 2 hasta
6B.
6B.
En funcionamiento normal, el mecanismo 122 rota
la barra transversal 114 entre la posición cerrada (figura 1A) y la
posición abierta (figura 1B). Cuando el mecanismo operativo 122 está
en la posición cerrada (figura 1A), acopla un pestillo cargado por
resorte, que puede ser liberado mediante la aplicación de presión a
una barra disparadora 130. Puesto que los alabes de carga 110 están
fijos en la barra transversal 114, por medio de las estructuras de
leva 140, el mecanismo operativo presiona los contactos de carga 111
contra los contactos de línea 113, cuando el interruptor está en la
posición cerrada (figura 1A), y separa los contactos 111 y 113
cuando el interruptor está en la posición abierta (figura 1B).
Cuando la barra transversal 114 está en su posición cerrada, y la
unidad de disparo 124 detecta una condición de sobrecarga de
corriente, la unidad de disparo 124 ejerce presión contra la barra
de disparo 130, liberando el pestillo y provocando que se abra el
interruptor. Si bien este mecanismo de disparo es aceptable para
averías de nivel relativamente bajo, en condiciones de avería de
nivel relativamente alto (por ejemplo mayor que 100 veces el régimen
nominal del interruptor), puede no reaccionar con la suficiente
velocidad como para impedir daños en el interruptor 10, y en las
líneas de equipamiento o distribución unidas a los terminales de
carga 126. El mecanismo de apertura súbita de la presente invención
trata con estas condiciones de avería de alto nivel.
Tal como se muestra en la figura 1A, la hoja de
carga 110 y la cinta de línea 112 son paralelas a lo largo de una
parte de su longitud, separada entre sí mediante un aislante 119. En
funcionamiento normal, la hoja de carga 110 está unida de forma fija
a la disposición de barra transversal 114, mediante fuerzas de
derivación que impiden que la hoja se desacople respecto de la
disposición de barra transversal 114.
Durante condiciones de gran sobrecarga de
corriente, por ejemplo cuando la corriente que fluye a través de la
hoja de carga 110 y la cinta de línea 112, puede ser mayor que 100
veces la corriente nominal del interruptor, se genera una fuerza
magnética repulsiva relativamente grande (proporcional al cuadrado
de la corriente), a lo largo de longitudes paralelas, de la hoja de
carga 110 y la cinta de línea 112. Esta fuerza es suficiente para
desacoplar la hoja de carga 110 respecto del mecanismo de barra
transversal 114, permitiéndole romper su contacto con el contacto de
línea 113. La figura 2 es un dibujo isométrico, de una disposición
de barra transversal 114 para un interruptor de tres polos. Aunque
la invención se describe con referencia a un interruptor de tres
polos, está contemplado que esta pueda llevarse a cabo en un
interruptor de un solo polo, o en otros disyuntores de múltiples
polos.
La estructura mostrada en la figura 2 incluye la
hoja de carga 110 y la barra transversal 114. Adicionalmente incluye
levas 140, resortes 160 (mostrados en la figura 3), la clavija de
giro 116, y los conectores 150. La combinación de las levas 140, el
resorte 160, la clavija de giro 116 y los conectores 150, sujetan la
hoja de carga 110 en una posición relativamente fija, en la barra
transversal 114, en funcionamiento normal, permitiendo a la vez un
movimiento limitado (mientras que la clavija de leva se mueve entre
las posiciones 142c y 142d), cuando el brazo de contacto de carga
110 se mueve entre las posiciones de "contacto" y
"encendido", tal como se muestra la figura 4. La combinación
de la figura 2 permite además, que la hoja 110 rote rápidamente a
una posición antihoraria, en relación con la disposición de barra
transversal 114, durante una condición de retirada súbita.
Cada polo de la disposición de barra transversal
114 incluye un rebajo 210, en el que es insertada la clavija de giro
116. La clavija de giro 116 se extiende a través del agujero de giro
115 en la hoja de carga 110, y una ranura 146 de la clavija de giro
en las estructuras de leva 140. La hoja de carga 110 pivota sólo
ligeramente alrededor de la clavija de giro 116, en funcionamiento
normal. Tal como se ha descrito arriba, cuando se mueve entre las
posiciones de "contacto" y "encendido", la hoja de carga
110 pivota alrededor de la clavija de giro 116, en un pequeño
ángulo \beta entre una posición "de contacto" (mostrada en
segundo plano en la figura 4) y una posición "encendido"
(mostrada por líneas sólidas en la figura 4), mientras que la
clavija de leva 170 se mueve desde la posición 146c, a la posición
146. En la posición "encendido", la leva 140 asegura que el
contacto de carga 111 está sujeto contra la línea de contacto 113
(mostrado en la figura 1A), con fuerza compresiva.
La figura 3 muestra las disposiciones de brazo
de contacto de carga, sin la barra transversal 114. Cada brazo 110
de contacto de carga, está intercalado entre un par de conectores
150. Los conectores están, a su vez, intercalados entre un par de
estructuras de leva 140. Una clavija de giro 116 pasa a través de
cada combinación leva-conector-carga
brazo-conector-leva, para formar un
conjunto que es insertado en una ranura en la barra transversal
114.
Hay un resorte de torsión 160, situado sobre
cada extremo de cada clavija de giro 116. Aunque la figura 3 sólo
muestra dos resortes 160, una persona de cualificación normal
reconocerá que hay cuatro resortes adicionales 116 (no mostrados en
la figura 4), uno en cada una de las cuatro restantes estructuras de
leva 140. El resorte 160 está sujeto por compresión, entre la
clavija de giro 116 en un extremo, y las estructuras de leva 140 en
el otro extremo. El resorte 160 tiene dos funciones. Primero, el
resorte 160 ejerce una fuerza de derivación, que tiende a empujar
cada estructura de leva 140 hacia la izquierda del dibujo, lejos
respecto del extremo de contacto 111 de su respectivo brazo de
contacto de carga 110. Esta fuerza deriva cada leva 140 hacia una
primera posición, en la que la clavija de leva 170 acopla la parte
de pie 142d de la ranura 142. En esta primera posición, la hoja de
carga 110 está bloqueada en el conjunto de barra transversal,
excepto por cuanto que la hoja de carga 110 pivota alrededor del eje
117 que pasa a través de la clavija de giro 116, entre las
posiciones de "contacto" y "encendido". Tal como se ha
indicado arriba, el rango del movimiento pivotante entre las
posiciones de "contacto" y "encendido", está limitado a un
ángulo \beta, que disminuye cuando se desgasta los contactos 111
y uno 113. En segundo lugar, durante un funcionamiento normal el
resorte 160 sujeta los conectores 150 contra el brazo de contacto de
carga 110.
Las fuerzas ejercidas sobre el brazo de contacto
de carga 110 en funcionamiento normal, son insuficientes para
superar la fuerza de derivación de los resortes de torsión 160. Así,
en la posición de "encendido" la clavija de leva 170 permanece
normalmente sentada, en la posición 142d de la ranura 142 de la
clavija de leva.
Durante una condición de retirada súbita, las
fuerzas magnéticas que actúan sobre el brazo de contacto de carga
110 son suficientes para superar la fuerza de derivación de los
resortes de torsión 160. La leva 1402 es empujada a la derecha (tal
como se muestra en la figura 1) mediante la fuerza de retirada
súbita, cuando esta se ejerce sobre el punto 142d de la ranura 142
de la clavija de leva, mediante la clavija de leva 170. Esto provoca
que la leva 140 se mueva hacia el contacto 111 del brazo de contacto
de carga 110, de modo que el extremo de la ranura de leva 146a se
retira parcialmente, respecto de su posición sentada contra la
clavija de giro 116. Esta posición parcialmente retirada de la leva
140, también es aludida aquí como la "segunda posición". Según
la leva 140 se mueve hacia el contacto de carga 111, la clavija de
leva 170 se mueve desde la posición 142d, en la parte 142b de la
ranura de leva (también aludida aquí como la segunda parte de la
ranura de la clavija de leva), a la parte tangencial 142a de la
ranura de la clavija de leva (también aludida aquí como la primera
parte de la ranura de la clavija de leva), permitiendo que la hoja
110 rote en sentido antihorario, alejándose respecto de la cinta de
línea 112.
En una variación de la realización a modo de
ejemplo, un extremo de cada resorte de torsión 160 puede aplicar una
fuerza contra la barra transversal 114. Esto proporcionaría la
ventaja de ayudar a retener la clavija de giro 116, en la barra
transversal.
En la realización a modo de ejemplo, ambos
extremos del resorte de torsión 160 actúan contra la leva 140,
puesto que esto proporciona el doble de fuerza de derivación sobre
la leva 140, y permite usar un resorte menor. Una función secundaria
de los resortes de torsión, es que derivan las levas de la barra
transversal, de un modo que tiende a apretar los conectores 150
entre sí, contra el brazo de contacto de carga 110. Esto proporciona
parte de, o toda, la fuerza necesaria para mantener un buen contacto
eléctrico entre los conectores 150 y la hoja de carga 110.
Los conectores 150 proporcionan un circuito de
conducción hasta el extremo pivotante del brazo de contacto de carga
110. Una función adicional de los conectores 150 es proporcionar una
conexión que puede enchufarse y desmontarse, para la unidad de
disparo 124. En una variación de la realización a modo de ejemplo,
esta conexión eléctrica podría proporcionarse mediante soldadura
fuerte, o soldando una trenza flexible de cobre al brazo de contacto
de carga 110. Sin embargo, una ventaja de los conectores 150 en la
realización a modo de ejemplo, es que la función de enchufe
adicional puede conseguirse con menos piezas, y etapas de
fabricación, de las que necesitaría una soldada con latón, o
simplemente soldada.
La figura 4 es una vista en sección transversal
que muestra la barra transversal 114, al brazo de contacto de carga
110, la leva 140, la clavija de leva 170, la clavija de giro 116, y
el conector 150. La figura 4 muestra como la presente invención
permite que al brazo de contacto de carga 110 pivote entre la
posición de "contacto" (mostrada en segundo plano), y la
posición de "encendido" mostrada en líneas continuas.
En uso normal, cuando la barra transversal 114
es girada en sentido horario desde la posición abierta, al brazo de
contacto de carga 110 está en la posición de descanso, con el fondo
del brazo de contacto de carga 110 descansando sobre la superficie
114a de la barra transversal 114. En la posición de descanso, el
fondo del agujero de giro 115 está encastrado contra la clavija de
giro 116 (mostrada). Al brazo de contacto de carga 110 permanece en
la posición de descanso, hasta que el contacto de carga 111 contacta
con el contacto 113 de la cinta de línea. Cuando la barra
transversal 114 sigue girando en sentido horario, al brazo de
contacto de carga 110 pivota en sentido antihorario, en torno a la
clavija de leva 170, hasta que la parte superior del agujero de
giro 115 está encastrada contra la clavija de giro 116. En este
punto, el interruptor está la posición de "contacto", tal como
se muestra en un plano secundario en la figura 4. Cuando la barra
transversal sigue hasta su posición completamente cerrada, la
clavija de leva 170 es forzada a deslizar hacia arriba la superficie
de leva desde la posición 142c, hasta detenerse en la posición 142d.
Cuando la clavija de leva 170 está en la posición 142d, el contacto
de carga 111 y el contacto de línea 113 están sujetos juntos, con
fuerza compresiva. Estas características aseguran que se realiza un
buen contacto eléctrico, incluso si los contactos 111 y 113 se
desgastan con el uso. Esta configuración es también ventajosa,
cuando se abre el disyuntor
10.
10.
Se proporciona un receptáculo 216 para recibir
un enlace 16 (mostrado en la figura 1a), que está unido a un
interruptor de palanca 15 (mostrado en la figura 1a). Cuando un
usuario bascula el conmutador 15, el enlace transfiere el movimiento
del conmutador 15 a la barra transversal 114.
La barra transversal 114 confina las levas 140.
Se permite a las levas 140 moverse en una dirección de izquierda a
derecha, pero no hacia arriba o hacia abajo. En el lado izquierdo,
la leva 140 está sujeta por la clavija de giro 116. La leva 140
está, además, sujeta en el lado derecho mediante un dedo 144. El
dedo 144 está limitado a movimiento
izquierda-derecha, mediante la barra transversal
114. El dedo 144 ajusta en una ranura 114b, en la barra transversal
114, para limitar más la leva 140 al movimiento
izquierda-derecha.
La barra transversal 114 transfiere fuerza,
desde el mecanismo operativo a los brazos de contacto de carga 110,
y convierte el movimiento del mecanismo en un movimiento giratorio
de los brazos de contacto de carga. La barra transversal 114 puede
ser una pieza de plástico moldeado que aísle los conductores 110
entre sí, entre fases.
La figura 5 es un dibujo del brazo de contacto
de carga 110. Como se muestra en la figura 4, la hoja de carga 110
incluye un agujero de giro 115, ovalado o alargado, a través del
cual hay insertada una clavija de giro 116, redonda (figura 3), para
sujetar la hoja de carga 110 al conjunto de la barra transversal. La
clavija de leva 170 está firmemente unida al brazo de contacto de
carga, por ejemplo, por encastre a presión o por soldadura
fuerte.
Las figuras 6A y 6B muestran la estructura de
leva 140 con mayor detalle. Como se muestra en la figura 6, la leva
140 tiene generalmente forma de S, con la parte izquierda y la parte
derecha estando descentradas entre sí. La separación permite que el
lado izquierdo de la leva 140, esté adosado al conector 150,
mientras que el lado derecho de la leva 140 está adosado con al
brazo de contacto de carga 110. Las levas 140 incluyen, además,
proyecciones con forma de pie 148. Cada proyección 148 tiene un
puntal 148, para retener un respectivo extremo del resorte de
torsión 160, tal como se ve mejor en la figura 3.
Claims (8)
1. Un disyuntor 10, que comprende:
- un alojamiento;
- una barra transversal (114) conectada de forma pivotante con el alojamiento, para pivotar alrededor de un eje (117), entre posiciones abierta y cerrada;
- un brazo de contacto de carga, conectado de forma pivotante con la barra transversal, siendo al brazo de contacto de carga capaz de pivotar alrededor del eje; incluyendo
- un mecanismo de leva (140), acoplado mecánicamente al brazo de contacto de carga, estando el mecanismo de leva montado de forma deslizable dentro de la barra transversal, para el movimiento entre:
- (1)
- una primera posición (figuras 1A, 2B y 4) del mecanismo de leva, en la que el brazo de contacto de carga, pivota junto con la barra transversal, a través de un ángulo alrededor del eje hasta la posición abierta, y
- (2)
- una segunda posición (figura 1C) del mecanismo de leva, en la que al brazo de contacto de carga es libre para pivotar alrededor del eje, a la posición abierta, mientras que la barra transversal está en la posición cerrada; y
- medios de derivación para aplicar una fuerza de derivación, al efecto de derivar el mecanismo de leva hacia la primera posición, donde:
- al brazo de contacto de carga incluye una clavija de leva (170) que acopla la leva; y
- la leva incluye una superficie de leva, que tiene posiciones primera y segunda, estando la clavija de leva en la primera posición en la superficie de leva, cuando al brazo de contacto de carga hace contacto con un brazo de contacto de línea, y moviéndose la clavija de leva a la segunda posición en la superficie de leva, mientras que la barra transversal está en la posición cerrada, durante una condición de apertura súbita, caracterizado porque el mecanismo de leva incluye:
- una ranura (142) de clavija de leva, que tiene partes de ranura primera (142a) y segunda (142b) conectadas entre sí, extendiéndose la primera parte de la ranura en una dirección aproximadamente tangencial en torno al eje, extendiéndose la segunda parte de ranura en una dirección que es sustancialmente diferente respecto de la dirección de la primera parte de ranura, e incluyendo, la segunda parte de ranura, la superficie de leva y las posiciones de la superficie de leva primera y segunda,
- donde la clavija de leva está sujeta en la segunda parte de ranura, y se mueve entre las posiciones de la superficie de leva primera y segunda, mientras que el mecanismo de leva está en la primera posición, y la clavija de leva se mueve libremente dentro de la primera parte de ranura, mientras que el mecanismo de leva está en la segunda posición.
2. Un disyuntor acorde con la reivindicación
1, en el que el mecanismo de leva comprende un par de estructuras de
leva (140) posicionadas dentro de la barra transversal (114),
estando al brazo de contacto de carga posicionado entre las
estructuras de leva.
3. Un disyuntor acorde con la reivindicación
2, en el que el medio de derivación incluye resortes de torsión
(160) primero y segundo, sujetos en comprensión mediante un par de
estructuras de leva, donde los resortes de torsión ejercen una
fuerza compresiva, que tiende a empujar las levas hacia al brazo de
contacto de carga.
4. Un disyuntor acorde con la reivindicación
1, en el que la dirección de la segunda parte de ranura, está
aproximadamente a 45 grados desde la dirección de la primera parte
de ranura.
5. Un disyuntor acorde con la reivindicación
3, que comprende además una clavija de giro (116), pasando el eje a
través de la clavija de giro,
donde cada estructura de leva tiene una ranura
para clavija de giro, pasando la clavija de giro a través de la
ranura para clavija de giro, permitiendo a la estructura de leva
pivotar alrededor de la clavija de giro, siendo la ranura de la
clavija de giro, alargada en una dirección que permite a la
estructura de leva moverse entre las posiciones primera y
segunda.
6. Un disyuntor acorde con la reivindicación
5, que comprende además un par de conectores (150), para conectar
eléctricamente al brazo de contacto de carga a un contacto principal
del disyuntor, estando los conectores acoplados al brazo de contacto
de carga mediante la clavija de giro, donde el brazo de contacto de
carga está posicionado entre los conectores.
7. Un disyuntor acorde con la reivindicación
6, en el que el medio de derivación aplica una fuerza a las
estructuras de leva, en la dirección del eje, para mantener el
contacto eléctrico entre los conectores y al brazo de contacto de
carga.
8. Un disyuntor acorde con la reivindicación
7, en el que el medio de derivación incluye un par de resortes de
torsión, estando cada resorte de torsión sujeto en su posición
mediante la clavija de giro, teniendo cada resorte de torsión por lo
menos un extremo, que acopla una parte de una estructura de leva
respectiva, para derivar tal estructura de leva hacia la primera
posición.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US988093 | 1997-12-10 | ||
| US08/988,093 US5994988A (en) | 1997-09-23 | 1997-12-10 | Movable contact structure for a circuit breaker, including crossbar and spring biased cam mechanism |
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