FI58844B - Automatisk stroemstaellare i synnerhet skyddstroemstaellare - Google Patents

Description

ESSr^l [B] (11)KUULUTUSJULKAISU

ffifA L J 1 ; utlAggningsskrift 5 884 4 C (45) Patent ^ (51) Kv.,k3/Int.a.3 H 01 H 71/24 SUOMI—'FINLAND (21) Pitenttihalcemu* — Pu«nt«ftsöknln| 2776/7*+ (22) H»k«ml«ptlvl — Aiwttknlncidag 2t.09.7*+ (23) AlkMpIhfi—GIteighctadag 2ΐ+.09.7*+ (41) Tulkit Julkiseksi — Bllvlt offcntllg 28.03.73

Fatantti. ia rakittarihallitus (4* NihUvttu)pw>on kuuUNMtltain ^ _

Patent· och raglstarstyralaan Anekin utit|d och uti.tknft»n puuicnrad 31.12.80 (32)(33)(31) Pyy*·**/ etuoikeus —Begird priori*·* 27.09-73

Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) P 23^8613.7 (71) Siemens Aktiengesellschaft, Berlin/Munchen, DE; Wittelsbacherplatz 2, D-ΘΟΟΟ Munchen 2, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (72) Horst Drubig, Regensburg, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (7*0 V)y Kolster Ab (5*0 Automaattikytkin, varsinkin suojakytkin - Automatisk strömställare, i synnerhet skyddströmställare

Keksintö koskee au tomaatti kytkintä, varsinkin suojakytkintä, jossa on kytkentälukko ja magneettilauka isin, jossa on kaksi ankkuria ja niiden työilmaraot yhteisessä magneettipiirissä, joka sisältää mag-neettisydämen ja herätyskelan ja erityisesti magneetin ikeen, joista ankkureista ensimmäinen vaikuttaa kytkinlukon avausvipuun ja toinen liikkuvaan kosketinosaan ,

Eräs tällainen automaattikytkin on esitelty saksalaisessa patent-tiselityksessä 2 115 03Q, Kytkinlukon avausvipuun vaikuttava ankkuri on pudotusankkuri ja liikkuvaan kosketinosaan vaikuttava ankkuri on upotusankkuri. Pudotusankkurin työilmaraon kanssa rinnakkain sijaitsee magneettisesta aineesta koostuva sivuvirtakappale, joka saa aikaan sen että virran kasvaessa magneetti laukaisimen herätys kelassa kulkee magneettinen vuo aluksi upotugapkkurin työilmaraon yli ja tämän raon kanssa sarjassa olevan, magneettisen sivuvirtakappaleen kautta. Vasta magneettisen sivuvirtakappa]_een kyllästyksen jälkeen kulkee riittävä magneettinen vuo pudoLusankkurin työilmaraon yli, niin että tämä tulee vedetyksi ja kytkinlukko laukeaa. Koska sivuvirtakappaleen läpi menevä magneettinen vuo kulkee myös liikkuvaan kosketinosaan vaikuttavan upo- 2 58844 tusankkurin työilmaraon läpi, on liikkuvaan kosketinosaan vaikuttavan upotusankkurin havahtumisvirta pienempi kuin kytkinlukon avausvipuun vaikuttavan pudotusankkurin havahtumisvirta. Tämä merkitsee kuitenkin, että upotusankkuri havahtuu ennen pudotusankkuria ja vaikuttaa liikkuvaan kosketinosaan ennen kuin kytkinlukko tulee avatuksi. Automaatti-kytkimen moitteettoman toiminnan edellytyksenä on kuitenkin, että kytkin-lukon avaavan ankkurin havahtumisvirta on pienempi kuin välittömästi liikkuvaan kosketinosaan avaussuunnassa vaikuttavan ankkurin. Tähän päästään tunnetussa au tomaatti kytkimessä vain siinä tapauksessa, että upo-tusankkurilla on hyvin suuri pidätys. Tämä upotusankkurin suuri pidätys johtaa kuitenkin siihen, että sen voi herättää ainoastaan huomattavan suurilla, magneettisilla voimilla.

Kytkinlukon laukaisemiseksi vaaditun magneettilaukaisimen herä-tyskelan ampeerikierrosluvun määrää se ampeerikierrosluku, joka upotus-ankkurin ilmaraon voittaen kyllästää sivuvirtakappaleen, mukaanlasket-tuna se ampeerikierrosluku, joka voittaen upotusankkurin ilmaraon ja pudotusankkurin ilmaraon antaa pudotusankkurille kytkinlukon laukaisemiseksi vaaditun voiman. Lisää ampeerikierroksia tarvitaan suuren pidä-tysvoiman voittamiseksi upotusankkurin kohdalla ja riittävän suuren ava-usnopeuden ja avausvoiman saavuttamiseksi upotusankkuri1le. Upotusankkurin riittävän suuren voiman saavuttamiseksi tunnetussa automaattikyt-kimessä tarvitaan näin ollen suurien ampeerikierroslukujen ohella magneettilaukaisimen rautapiiri1le suuret geometriset mitat ja siten myös automaattikytkimelle suuret mitat.

Koska magneettilaukaisimen rautapiiri tarvitsee suuret geometriset mitat (poikkileikkauksen) ja upotusankkuri tarvitsee suuren voiman, niin tunnetussa automaattikytkimessä suurenee lisäksi neliömäi-sesti pudotusankkuriin vaikuttava magneettinen voima virroilla, jotka ovat havahtumisvirtaa suurempia. Tämä automaattikytkin on siksi erityisen herkkä lyhytaikaisille virran sykäyksille, esim. kytkentäsykä-yksille hehkulamppu- tai loistelamppuryhmistä, joilla on kapasitiivi-nen kompensaatio, jotka vaikuttavat haitallisesti automaattikytkimen laukaisuun, kun nämä virran sykäykset ylittävät pudotusankkurin havahtu-misvirran vähänkin. Tämän suuren sykäysherkkyyden takia tunnetulla automaattikytkimellä on lisäksi vain hyvin pieni tai käytännöllisesti katsoen ei lainkaan valinnaisuutta suhteessa perään kytkettyyn, virtaa rajoittavaan automaatti kytkimeen.

Keksinnön tehtävänä on välttää liikkuvaan kosketinosaan vaikuttavan ankkurin mainittu, suuri pidätys sekä pitää pieninä rautapiirin geometriset mitat ja magneettilaukaisimen herätyskelan ampeeri kierrokset, jotka tarvitaan kytkinlukkoon vaikuttavan ankkurin havahduttami- 3 58844 seksi.

Tämän tehtävän ratkaisemiseksi tunnetaan mainitunlainen, keksinnön mukainen automaattikytkin siitä, että toisen liikkuvaan kosketin-osaan vaikuttavan ankkurin työilmaraon suuntaisena on magneettinen sivuvirta, joka kulkee magneettisesti, ainakin osittain tämän työilmaraon yli,

Kun ylivirtaus kasvaa magneetti laukaisimen herätys kelaan, tunkeutuu magneettinen vuo aluksi liikkuvaan kosketusosaan vaikuttavan ankkurin työilmaraon kanssa rinnakkain olevan sivuvirran kautta ja samalla ensimmäisen, kytkinlukon avausvipuun vaikuttavan ankkurin tämän sivuvirtakappaleen kanssa sarjassa olevan työilmaraon läpi. Kyt-kinlukkoon vaikuttavan ankkurin havahduttamiseksi tarvitun ampeeri-kierrrosluvun määrää täten sivuvirtakappaleen magneettiseen kyllästykseen asti vain ensimmäisen, kytkinlukon avausvipuun vaikuttavan ankkurin työilmarako, Ylivirtauksen arvosta alaspäin, jossa sivuvir-takappale tulee magneettisesti kyllästetyksi, sijaitsee toisen ankkurin, joka vaikuttaa välittömästi liikkuvaan kosketinosaan, työilmarako joko sarjassa tai rinnakkain suhteessa ensimmäisen ankkurin työ-ilmarakoon, niin että siinä esiintyy vasta tästä ylivirtauksesta alaspäin voiman vaikutus,

Huolimatta rautapiirin pienistä geometrisistä mitoista ja magneetti lau kai s imen herätyskelan pienestä ampeerikierrosluvusta, joka vaaditaan kytkinlukkoon vaikuttavan ankkurin havahduttamiseksi, on keksinnön mukainen automaattikytkin nopea kytkin, jonka voi ilman muuta tehdä virtaa rajoittavan kytkimen muodossa.

On edullista mitoittaa toisen, liikkuvaan kosketinosaan vaikuttavan ankkurin työilmaraon kanssa rinnan oleva sivuvirtakappale niin, että se tulee magneettisesti kyllästetyksi tai muuttuu magneettiseen kyllästykseen sellaisen virran huippuarvolla, joka virtaa magneettilaukai-simen herätyskelan läpi ja sijaitsee magneettilaukaisimen ensimmäisen, avausvipuun vaikuttavan ankkurin havahtumisvirran to 1eranssia 1uee1 la. Tätä varten liikkuvaan kosketinosaan vaikuttava ankkuri ei tarvitse käytännöllisesti lainkaan pidätystä vaan ainoastaan heikon kiinnityksen esim. heikolla ja pehmeällä jousella. Lisäksi päästään näin siihen, että kytkinlukkoon vaikuttavan ankkurin voima ei enää kasva neliömäi-sesti havahtumisarvonsa yläpuolella. Tämän takia kytkinlukon avausvipuun vaikuttava ankkuri ei ole erityisen herkkä sykäysvirroi1 le, jotka tulevat magneetti laukaisimen -heTätyskelaan (valinnaisuus). Havahtumisvirran toleranssia lue on esim.' riippuvainen virtaheilahdusten eri mahdollisista vaiheista,' näiden, virtahei lahdusten ajasta sekä automaatti-kytkimen mekaanisista' ominaisuuksista yms. On olemassa au tomaatti kytkimen 4 58844 turvallisuusmääräyksiä, joiden mukaan tämän toleranssialueen on oltava ennalta määrättyjen rajojen sisällä. Kun yläraja ylitetään, on auto-maattikytkimen aina laukaistava, mutta sen ei tarvitse laukaista alarajan alla. Alalla käytetyn terminologian mukaisesti (vertaa esim. AEG-apukirjaan 1, Sähkötekniikan peruslait, Elitera-Verlag Berlin 1972, varsinkin sivuun 192, vasen palsta, rivit 5-7) magneettiraaka-aine muuttuu magneettiseen kyllästykseen, kun sen magneetti vakio yu = /ur . /Uq (/ur = suhteellinen magneettivakio, /uQ = magneettivakio tyhjiössä pienenee lähtien maksimiarvosta kasvavan mgnetomoforisen voiman tai magneettisen kenttävoiman myötä. Magneettiaine on magneettisesti kyllästetty, kun suhteellinen magneettivakio/u^ on kasvavan magnetomotorisen voiman tai kenttävoiman myötä laskenut lopullisesti vakioarvoon 1.

Saksalaisen käyttömallin 1 79Θ 76Θ julkaistujen periaatteiden perusteella on tosin jo aikaisemmin tunnettu automaattikytkin, jossa on magneettilaukaisin ja jossa rautaliuska on rinnakkain ilmaraon kanssa, joka on magneettisydämen ja suoraan kosketinosaan iskevän upotusankkurin välissä. Magneettilauka isimessa ei kuitenkaan ole toista ankkuria, joka vaikuttaa kytkinlukon avausvipuun, ja rautaliuskan tehtävänä on vain siirtää riittävän voimakas magneettinen hajakenttä valokaarimat-kalle, johon näin ollen ei tule tasavirtaa kosketusosien avautuessa, kun kytketään irti. Rautaliuska, ja varsinkin sen poikkileikkaus, on siksi mitoitettu niin, että se on kyllästetty virroilla, jotka ovat huomattavasti pienempiä kuin magneettilaukaisimen havahtumisvirta.

Keksintöä ja sen etuja valaistaan seuraavassa lähemmin toteu-tusesimerkkien avulla ja viitaten piirustukseen, jossa: kuviot 1 ja 2 esittävät keksinnön mukaisen automaattikytkimen magneettilaukaisimen toteutusmuotoja, kuviot 3 ja 4 esittävät kuvioiden 1 ja 2 mukaisten magneetti laukaisimien magneettisia sijaiskytkentäkaavioita, kuvio 5 esittää magneettisen induktion kulkua kuvioiden 1 ja 2 magneettilaukaisimien ankkurin ilmaraoissa, kuvio 6 esittää voiman kulkua kuvioiden 1 ja 2 magneettilaukaisimien ankkureissa, kuviot 7 ja 8 esittävät keksinnön mukaisen automaattikytkimen magneettilaukaisimen toista toteutusmuotoa, kuviot 9 ja 10 esittävät kuvioiden 7 ja 0 magneettilaukaisimien magneettisia sijaiskytkentäkaavioita, kuvio 11 esittää magneettisten induktioiden kulkua kuvioiden 7 ja 8 magneettilaukaisimen ankkurin ilmaraoissa* ja s 58844 kuvio 12 esittää voimien kulkua kuvioiden 7 ja B magneettilau-kaisimen ankkurissa, kuvio 13 esittää useampinapaisia automaatti kytkimiä.

Kuviot 1 ja 2 esittävät magneettilaukaisimia, joissa on rautainen magneettisydän 1. Näissä magneett i lau ka is imi ssa on lisäksi IJ-muo- . toiset ikeet 2, jotka ovat magneettiainetta, esim. rautaa, ja jotka muodostavat magneettisen yhteyden sydämen 1 ja kahden upotusankkurin 1 3 ja 4 välillä. Nämä upotusankkurit 3 ja 4 on kytketty koaksiaa 1 isesti sisäkkäin. Ne on molemmat sijoitettu koaksiaalisesti ohjausputkeen 6 nähden, joka on ei-magneettista ainetta, esim, messinkiä, tähän oh-jausoutkeen 6, jossa lisäksi on magneettisydän 1 koaksiaalisesti ohjausputken 6 kanssa, Ohjausputken 6 ulommalla vaippapinnalla on magneetti laukaisimen herätyskela 5, .

Kuvion 1 magneetti laukaisimessa on kytkinlukon 8 avausvipuun 7 vaikuttava upotusankkuri 3 sijoitettu lieriömäisenä upotusankkurina 4 tehdyn, suoraan liikkuvaan kosketinosaan 9 vaikuttavan iskuankkurin j sisälle. Kuvion 2 magneetti laukaisimessa sijaitsee suoraan liikkuvaan kosketinosaan 9 vaikuttava, upotusankkuriksi 4 tehty iskuankkuri onton sylinterin muodossa tehdyn, kytkinlukon 8 avausvipuun 7 vaikuttavan upotusankkurin 3 sisällä. Kuvion 2 magneetti laukaisimen upotusankkuri 4 on varustettu ohjausputkeen 6 nähden koaksiaalisella työntimellä ; 4a, joka on ei-magneettista ainetta ja joka on ohjattu ontoksi sylinteriksi tehdyn magneettisydämen 1 läpi ja iskee suojakytkimen liikkuvaan kosketinosaan 9 upotusankkurin 4 havahtuessa. Kuvioiden 1 ja 2 kahden magneetti laukaisimen molempien ankkureiden lepoasennossa on ulosmenoilmaraolla (työilmaraolla), joka on magneettisydämen 1 ja suoraan liikkuvaan kosketinosaan 9 vaikuttavan upotusankkurin 4 välissä, suurempi pituus ^ kuin magneettisydämen 1 ja avausvipuun 7 vaikuttavan upotusankkurin 3 välisen ulosmenoraon (työilmaraon ) pituus ^ .

Kuvioiden 1 ja 2 magneettilaukaisimissa vaikuttaa kytkinlukon 8 avausvipuun 7 vaikuttava upotusankkuri 3 magneettisena sivuvirtakap-paleena, joka sijaitsee rinnakkain työilmaraon &2 kanssa, joka on magneettisydämen 1 ja suoraan liikkuvaan kosketinosaan 9 vaikuttavan upotusankkurin 3 välissä.

Tämä magneettinen sivuvirtakappale ulottuu magneettisydämen 1 ja upotusankkurin 4 välisen työilmaraon yli ja muuttuu magneettiseen kyllästykseen yli- tai oikosulkuvirroilla, jotka virtaavat horätyskelan 5 kautta ja ovat ankkurin 3 havahtumisvirran toleranssialueella.

Kuvion 3 mukainen magneettinen sijaiskytkentäkaavio koskee kuvioiden 1 ja 2 magneettilauka is imi a, kun avausvipuun 7 vaikuttava ankku- 5 58844 ri 3 on magneettisesti ky 1lästämätön, so. kun magneettinen sivuvirta-kappale ilmaraon S^ kohdalla on ky 1lästämätön. Symboolisten kytkimien ja kautta on magneettisydämen 1 ja ankkurin 3 tai ankkurin 4 välisen lähtöilmaraon [työilmaraon) magneettiset vastukset ja kytketty rinnan. Magneettisydämen 1 ja ankkurin 3 välisen työilmaraon magneettisen vastuksen ^ haarassa oleva, symbooli- nen kytkin ulottuu magneettisen vastuksen ^ ^ - % i ) y^i» j°Ha magneettisydämen 1 ja ankkurin 3 välisen työilmaraon 1 magneettinen vastus Rm(g ^ suurenee ankkurin 3 magneettisen kyllästyksen yhteydessä. Θ on herätys ke lasta lähtevä, magnetomotorinen voima. Kuvioissa 3 ja 4 ei ole otettu huomioon hyvin pieniä, suuripintaisia liikeilma-rakoja ikeiden 2 ja kahden upotusankkurin 3 ja 4 välissä, koska ne eivät periaatteessa vaikuta kuvioiden 1 ja 2 mukaisten magneetti-laukaisimien tilaan.

Kuviosta 3 käy ilmi, että kun ankkurin 3 muodostama, magneettinen sivuvirta suhteessa magneettisydämen 1 ja ankkurin 4 väliseen työiImarakoon, jonka lähtöpituus on &2> on kyllästämätön on symbooli-nen kytkin avoin, so. kun ankkurin 3 rauta on ky 1lästämätön, kulkee herätyskelan 5 magneettisen herätyksen aikaansaama, magneettinen vuo käytännöllisesti katsoen yksinomaan työilmaraon yli, joka on magneettisydämen 1 ja avausvipuun 7 vaikuttavan ankkurin 3 välissä ja jonka lähtöpituus on Mikäli ankkurin 3 rauta ja siten magneet tinen sivuvirta suhteessa magneettisydämen 1 ja ankkurin 4 väliseen työilmarakoon on magneettisesti kyllästetty, niin tilannetta vastaa kuvion 4 magneettinen sijaiskytkentäkaavio, jossa symboolinen kytkin S^ on avoin ja symboolinen kytkin on suljettuna. Täten on ylimääräinen magneettinen vastus R^ £2- 51) kytkettynä sarjaan suhteessa magneettisydämen 1 ja ankkurin 3 välisen työilmaraon magneettiseen vastukseen R^ g Näiden kahden magneettisen vastuksen summa vastaa magneettisydämen 1 ja ankkurin 4 välistä rakoa, jolla on sama poikkileikkaus kuin ankkurilla 3. Rinnan näiden kahden, sarjaan kytketyn magneettisen vastuksen kanssa sijaitsee suljetun, symboolisen kytkimen S2 vuoksi magneettisydämen 1 ja ankkurin 4 välisen työilmaraon magneettinen vastus, jolla raolla on sama poikkileikkaus kuin ankkurilla 4 ja jonka lähtöpituus on S^. Kuvion 1 tapauksessa on ankkurin 4 poikkileikkaus rengasmainen ja kuvion 2 tapauksessa on ankkurin 3 poikkileikkaus rengasmainen.

Kuviossa 5 on magneettinen induktio magneettisydämen 1 ja ankkurin 3 välisessä työilmaraossa ja magneettinen induktio magneet- 7 58844 tisydämen 1 ja ankkurin 4 välisessä työilmaraossa kuvioiden 1 ja 2 mukaisissa magneetti laukaisimissa piirretty magnetomotorisen voiman -Λ A , 8 = w*I (ampeeri kierrosta) ylle (I = virran huippuarvo, w = käämin kierrosluku). Yksinkertaisuuden vuoksi on ankkureiden 3 ja 4 rautojen kyllästämiseksi vaadittu magneettinen herätys merkitty nollaksi. Kuten on tunnettua, on induktio magneettisydämen 1 ja ankkurin 4 välisessä työi lmaraossa nolla niin kauan kun ankkurin 3 rauta on mag neet t i st·; s t i ky 1lästämätön, Vasta kun ankkurin 3 rauta on magneettisesti jo kyllästetty, kasvaa magneettinen induktio työilmaraossa, joka on magneettisydämen 1 ja suoraan liikkuvaan kosketinosaan vaikuttavan ankkurin 4 välissä,

Kuvio 5, jossa ankkureihin vaikuttava magneettivoima P on mer-

V A

kitty magnetomotorisen voiman huippuarvon 0 = wl (ampeeri kierrosta) ylle, näyttää, että vastaavasti kasvaa avausvivun 7 kanssa yhdistettyyn ankkuriin 3 vaikuttava magneettivoima hyvin nopeasti neliö-mäisesti ankkurin 3 raudan kyllästykseen asti ja kasvaa sitten vielä vain vähän 1ineaarisesti kasvavan magnetomotorisen voiman myötä. Vasta ankkurin 3 raudan kyllästyksen jälkeen esiintyy magneettivoima P^ suoraan liikkuvaan kosketinosaan 9 vaikuttavan ankkurin 4 kohdalla. Ankkuri 3 mitoitetaan mieluiten niin, että se magneettilaukaisimen herä-tyskelan 5 läpi virtaavan virran huippuarvolla, joka virta on tämän ankkurin 3 havahtumisvirran toleranssialueella N/^ 2^w, (N=|T~2w I ampeeri-kierrosta) muuttuu magneettiseen kyllästykseen tai tulee magneettisesti kyllästetyksi.

Mikäli kuvioiden 1 ja 2 mukaisen magneettilaukaisimen herätys-kelan 5 läpi virtaa lyhytsu1kuvirta, joka on kytkinlukon Θ avausvi-puun 7 vaikuttavan ankkurin 3 havahtumisvirran tasolla, niin ankkuriin 3 vaikuttava, magneettinen voima P^ kasvaa kuvion 6 mukaisesti neliö-mäisesti ja aikaansaa yleensä useiden puoliaaltojen jälkeen kytkinlukon avauksen. Mikäli herätys kelassa 5 esiintyy virran sykäys, jonka kestoaika on sama kuin vaihtovirtapuoliaallon tai pienempi, niin virran osalla, joka ylittää ankkurin 3 havahtumisvirran toleranssialueen N/l/"~2w, saavutetaan vain pieni voiman kasvu, joka saadaan voiman P^ suunnilleen lineaarisesta kasvusta, niin että avaus tapahtuu vasta virran sykäyksillä, jotka ovat huomattavasti suuremmat kuin avausankkurin havahtumisvirta. Molemmissa avaustapauksissa tulee kytkinlukko Θ laukaistuksi ja liikkuva kosketinosa 9 tulee liikutetuksi nuolen 9a suunnassa pois kiinteästä kosketinosasta 10. Suurempien lyhytsu lkuvirt.ojen yhteydessä kasvaa ankkurin 3 raudan magneettisen kyllästyksen jälkeen kuvion 6 mukaisesti myös ankkuriin 4 kohdistuva magneettivoima P.; ne-liömäisesti. Ankku-rin 4 suhteellisen heikon ki i n n i ty s j ousen 13 palau-tusvoima tulee nopeasti voitetuksi ja ankkuri 4 nopeutuu yhä enemmän β 58844 sitä mukaa kuin sen ja magneettisydämen 1 välisen ilmaraon pituus pienenee. Varsinkin näiden suurempien lyhytsulkuvirtojen kanssa voi ankkurin 4 liike tapahtua täysin riippumattomasti avausvipuun 7 vaikuttavan ankkurin 3 liikkeestä, molemmat liikkeet ovat riippuvaisia vain magneettivoiman ja kiihdytettävän massan suuruuksista, ja kun lyhyt-sulkuvirrat ovat oleellisesti suuremmat kuin havahtumisvirta,, on aina sallittua ja jopa suotavaa, että magneettivoimien ja ankkurimassojen vastaavan määrityksen avulla iskuankkurina vaikuttava ankkuri 4 avaa välittömästi kytkinluko1la Θ käytettävän, liikkuvan kosketinosan 9, ennen kytkinlukon 8 avausta. Koska kasvava voima vaikuttaa myös avaus-vivun 7 kanssa yhdistettyyn upotusankkuriin 3, niin tässä tapauksessa kytkinlukon avaus tapahtuu millisekunnin murto-osissa ankkurin 4 avattua koskettimen, ilman että ankkuri 4 pumppuaa kytkinlukon ei-vapautta-maa, liikkuvaa kosketinosaa 9. Suurilla lyhytsu1kuvirroi1la täten tapahtuva kosketinmatkan nopea avaus aikaansaa yhdessä riittävän korkean valokaarijännitteen kanssa virran rajoituksen ja siten hyvän kytkentä-kyvyn.

Kuvioiden 1 ja 2 mukaisella magneettilaukaisimella varustetulla, keksinnön mukaisella automaattikytkimellä on erityisesti se etu, että avausvipuun 7 vaikuttava ankkuri 3 tarvitsee suhteessa magneettisydä-meen 1 vain suhteellisen lyhyen ilmaraon, pituuden määrää vain kytkin-lukon 8 geometrinen muoto, so. avausvivun 7 laukaisumatka. Automaatti-kytkimen nimellisen havahtumisvirran tarvitsee siis vain aikaansaada magnetomotorinen voima jonka määrää vaadittu, suhteellisen pieni ilma-rako magneettisydämen 1 ja avausvivun 7 kanssa yhdistetyn ankkurin 3 välissä ja mahdollisesti vielä kytkinlukon 8 avausvoima. Magneettisydämen 1 ja suoraan liikkuvaan kosketinosaan 9 vaikuttavan iskuankku-rin 4 välinen ilmarako on täysin merkityksetön magneettilaukaisimen mitoitukselle mitä tulee avausvivun 7 kanssa yhdistettyyn ankkuriin 3. Tällä ilmaraolla voi olla suhteellisen suuri pituus, niin että pitkän eteenpäinkulkumatkan jälkeen se iskee hyvin suurslla voimalla ja nopeudella liikkuvaan kosketinosaan 9 ja antaa tälle hyvin suuren avausno-peuden. Huolimatta suuresta ilmaraosta magneettisydämen 1 ja suoraan liikkuvaan kosketinosaan 9 iskevän ankkurin 4 (iskuankkurin) välissä se ei vaikuta avausvivun 7 kanssa yhdistetyn kuvioiden 1 ja 2 mukaisen magneettilaukaisimen avausosan mitoitukseen ankkurin 3 havahtumisvirran suhteen. Lisäksi ei tarvita käytännöllisesti lainkaan pidätystä suoraan liikkuvaan kosketinosaan 9 vaikuttavalle ankkurille 4, koska sen kohdalla esiintyy voiman vaikutus vasta kun herätyskelan 5 läpi virtaa-va virta on saavuttanut suunnilleen ankkurin 3 havahtumisvirran arvon. Yleensä käytetään kuitenkin heikkoa pidätysjousta 13, joka kiinnittää ankkurin 4 kuvioiden 1 ja 3 näyttämään lähtöasentoon.

9 58844

Koska kuvion 6 mukaisesti syntyy vain suhteellisen pieni kasvu voiman vaikutuksessa avausvivun 7 kanssa yhdistetyssä ankkurissa 3 ankkurin 3 havahtumisvirtaa ylittävillä virroilla herätyskelassa 5 käyrän P1 suunnilleen lineaarista kohopistettä vastaavasti, on keksinnön mukainen automaatti kytkin hyvin epäherkkä lyhyille virtasykäyksille, esim. kytkentäsykäyksille, ja on siten ilman nimellisvirtakuormituksen pienennystä erityisen sopiva suojakytkimeksi hehku- tai loistelamppuryh-mille, kapasitiivisille virtapiireille yms. Tämä ominaisuus on myös erityisen tärkeä varsinkin virtaa rajoittavien tehokytkimien rivikyt-kennälle. Mikäli perään sijoitetun, virtaa rajoittavan tehokytkimen takana tapahtuu lyhytsulku, niin tämä perään sijoitettu tehokytkin tulee poiskytketyksi ajassa, joka on vaihtovirran puolijaksoa lyhyempi, ja vaikutusta vaille jääneen lyhytsulkuvirran korkeus tulee rajoitetuksi, niin että vain yksi virran sykäys vaikuttaa yläpuolelle sijoitetun tehokytkimen magneettilaukaisimeen. Jos tämä jälkimmäinen tehokytkin on keksinnön mukainen automaattikytkin, niin se on oleellisesti epä-herkempi suhteessa tähän yhteen virran sykäykseen kuin tunnetut auto-maattikytkimet ja se laukeaa siksi vasta oleellisesti korkeammilla, ilman vaikutusta jääneillä lyhytsulkuvirroilla kuin tunnettu automaatti-kytkin, niin että siis saavutetaan oleellisesti suurempi valinnaisuus.

Kuvioiden 7 ja 8 mukaisilla magneettilaukaisimi1 la varustetulla, keksinnön mukaisella automaattikytkimellä on samat edut. Kuvion 7 magneetti lau kaisimessa muodostaa magneettisen sivuvirtakappaleen liikkumaton, magneettilaukaisimen magneettipiirissä oleva, magneettista ainetta oleva kappale. Tämä magneettista ainetta oleva kappale koostuu ontosta sylinteristä 15, joka yhtyy päätypinnalla magneettilaukaisimen magneettisydämeen 1. Tähän onttoon sylinteriin 15 on sijoitettu myöskin sy1interimäinen upotusankkuri 4, joka vaikuttaa ei-magneettisen työntimen 4a kautta välittömästi liikkuvaan kosketinosaan 9. Ontto sylinterin 15 ulottuu magneettisena sivuvirtakappaleen täydellisesti upotusankkurin 4 ja magneettisydämen 1 välisen työilmaraon $2 yli· Herä-tyskela 5 on magneettisydämellä 1 ja ontolla sylinterillä 15. Taitetulle ikeelle 2 on sijoitettu pudotusankkuri 3, joka vaikuttaa kytkin-lukon 8 avausvipuun 7 ja joka on vastapäätä magneettisydämen napapin-taa la. Työnnin 4a on ohjattu samankeskisesti magneettisydämen 1 läpi. Magneettisydän 1, ontto sylinteri 15, ies 2 ja pudotusankkuri 3 muodostavat suljetun magneettipiirin. Pudotusankkurin 3 kanssa on yhdistetty palautusjousi 14, kun taas upotusankkurissa 4 on heikko kiinnitysjousi 14, joka kiinnittää sen kuvion 7 näyttämään lähtöasentoon. Ontto sylinteri 15 on mitoitettu niin, että kun herätyskelan 5 läpi virtaa-va virta pudotusankkurin 3 havahtumisvirran toleranssialueella saavuttaa 10 58844 huippuarvonsa, se tulee magneettisesti kyllästetyksi.

Kuvion Θ magneetti laukaisimessa on magneettisydän 1 ja päätypin-nalla oleva tappi 1b, jotka molemmat ovat magneettista raaka-ainetta. Kytkinlukon 8 avausvipuun 7 vaikuttava ankkuri 3 koostuu ohjaimessa 16 johdetusta levystä, joka on magneettista raaka-ainetta ja on varustettu palautusjouse 1la 14. Herätyskela 5 istuu eritysainesy1interi1lä 6, johon magneettisydän 1 ja tappi 1b on sijoitettu koaksiaalisesti. Herätyskela 5 on rengasmaisella levyllä 17, joka on ei-magneettista ainetta, kiinnitetty magneetin ikeeseen 2, joka koostuu kaksoiskul-masta. Suoraan liikkuvaan kosketinosaan 9 vaikuttava ankkuri on tehty upotusankkuriksi 4, joka on sijoitettu koaksiaalisesti eristysaine-hylsyyn 6 ja jossa on keskellä koaksiaalinen poraus 4a, johon sijoitetaan tappi 1b. Tämä liikkumaton tappi 1b muodostaa magneettisen sivu-varren suhteessa ilmarakoon, joka on magneettisydämen 1 ja upotusank-kurin 4 välissä. Tapin 1b ja ankkurin 4 välisellä ilmaraolla on suuri poikkileikkaus ja pieni pituus. Tappi 1b on mieluiten mitoitettu niin, että se herätyskelan 5 läpi virtaavan pudotusankkurin 3 havahtumis-virran to 1eranssia 1uee1la olevan virran huippuarvolla tulee juuri magneettisesti kyllästetyksi.

Kuviossa 9 esitetään magneettinen sijaiskytkentäkaavio, jossa Θ on herätyskelasta 5 lähtevä magnetanotorinen voima, 2) on maSneet* tinen vastus ilmaraossa, joka on magneettisydämen 1 ja ankkurin 4 välissä, R^ g -j j on magneettinen vastus ilmaraossa, joka on pudotusankkurin 3 ja magneettisydämen 1 välissä, ja on symboolinen kytkin, joka on kiinni, kun ontto sylinteri 15 tai tappi 1b on magneettisesti kyl-lästömätön, ja joka on avoin, kun ontto sylinteri 15 tai tappi 1b on kyllästetty, jolloin magneettisydämen 1 ja upotusankkurin 4 välinen ilmarako on aluksi toimimatta, so. symboolinen kytkin on suljettu, kun sylinteri 15 tai tappi 1b on magneettisesti ky1lästämätön. Vain työilmarako, jolla on lähtöpituus 1 pudotusankkurin 3 ja magneettisydämen 1 välissä on vaikuttava. Kuvio 10 näyttää, että symboolinen kytkin S1 on avattu kun onttosylinteri 15 tai tappi 1b ovat avoimet, ja magneettisydämen 1 ja upotusankkurin 4 välisen ilmaraon (lähtöpituus S ) magneettinen vastus on kytkettynä sarjaan pudotusankkurin 3 ja magneettisydämen 1 välisen ilmaraon (lähtöpituus ) magneettisen vastuksen kanssa.

Kuvio 11 näyttää, että siinä induktio ilmaraossa, joka on ankkurin 3 ja magneettisydämen 1 välissä ja induktio ilmaraossa ankkurin 4 ja magneettisydämen 1 välissä on merkitty kuvioiden 7 ja 8 mukaisen magneetti laukaisimen magnetomoritorlnen voima0 = wl (ampeerikierrokset) huippuarvon funktiona, induktion kasvun ankkurin 3 ja magneettisydämen välisessä ilmaraossa määrää vain tämän ilmaraon pituus. Ontossa 11 58844 sylinterissä 15 tai tapissa Ib olevan raudan magneettisen kyllästyksen määrää pintasuhde (F1-F2)/F1, joka kuviossa 11 on suunnilleen 1:2 ja F1 on magneettisydämen 1 poikkileikkauspinta ja F2 on ankkurin 4 poikkileikkauspinta. Näin saa induktion kulku ankkurin 3 ja magneettisydämen 1 välisessä ilmaraossa mutkan, kun siinä herätyskelan 5 läpi vir-taavan virran avulla saavutetaan magneettinen induktio, joka on noin 50 % kyllästysinduktiosta. Vasta tämän virran alla esiintyy induktion kasvu induktiolle B2 ilmaraossa, jonka lähtöpituus on^2, magneettisydämen 1 ja ankkurin 4 välissä.

Kuvio 12 näyttää magnetomotorisen voiman huippuarvon Θ = W.I Cam.-peerikierrokset) funktiona saatujen magneettivoimien ja kohdistumisen ankkureihin 3 ja 4. Ankkurin 3 herätyskelan 5 läpi virtaavan havahtumis-virran toleranssialue N/l/~2 ' w on tässä suunnilleen voimakäyrän P1 mutkalla kytkinlukon avausvipuun 7 vaikuttavan ankkurin 3 osalta. Näin on varmistettu, että välittömästi liikkuvaan kosketinosaan vaikuttavan ankkurin 4 osalta kohdistuu ensiksi magneettivoima, kun pienillä ylikuormitus- tai lyhytsulkuvirroilla ankkurin 3 havahtumisvirran toleranssi-alue tulee ylitetyksi.

Keksinnön mukaisen automaattikytkimen magneettilaukaisimessa voi suhteessa magneettisydämen ja suoraan liikkuvaan kosketinosaan vaikuttavan ankkurin väliseen ilmarakoon vaikuttava ankkuri koostua myös rinnakkain sijaitsevasta magneettisesta sivuvirrasta sekä liikkumattomasta ontosta sylinteristä, joka on magneettista ainetta, jossa magneettisydämen toiseen päähän on sijoitettu magneettisydän ja toiseen päähän liikkuvaan kosketinosaan välittömästi vaikuttava ankkuri. Magneettisydämen ja onton sylinterin välissä voi olla välikerros, joka on ei-magneettis-ta ainetta. Vetämällä ulos osa magneettisydämestä päätypinnan kohdalla, joka on vastapäätä ankkuria, joka vaikuttaa kytkinlukon avausvipuun, voidaan tämän päätypinnan osalla suurentaa ilmarakoa avausvipuun vaikuttavan ankkurin ja magneettisydämen välissä ja siten voidaan muuttaa induktion kulkua ja magneettivoimaa, jotka vaikuttavat avausvivun kanssa yhdistettyyn ankkuriin.

Keksinnön mukaisella automaattikytkimellä on erityisesti se etu, että suoraan kosketinosaan vaikuttavan iskuankkurin ilmarako ja siten esim. myös koskettimien palaminen ja valmistustoleranssit eivät vaikuta lainkaan kytkinlukon avausvipuun vaikuttavan ankkurin toimintaan, joka vaatii magneettilaukaisimen herätyskelalta kytkinlukon avaamiseen tarvittavan ampeerikierrosluvun.

Kuten kuvio 13 osoittaa, keksintö ei koske yksinomaan yksinapa'i- 12 58844 siä automaattikytkimiä, joissa on vain yksi kytkinlukko ja vain yksi nagneettilaukaisin, vaan myöskin useampinapaisia automaattikytkimiä, joissa on ainakin yksi liikkuva kosketinosa kutakin napaa kohti, yksittäinen kytkinlukko tai yksi kytkinlukko kutakin napaa kohti sekä magneetti lauka is in kutakin napaa varten, jotka voi keksinnön mukaisesti valmistaa. Tässä voi olla kysymys johtosuojakytkimistä, tehokytkimistä ja moottorin suojakytkimistä. On erityisen edullista valmistaa keksinnön mukaisesti kiertovirtatehokytkin ja yhdistää kolmesta navasta jokaisen kanssa liikkuva kosketinosa 39 ja magneettilaukaisin. Jokaisella kolmesta magneettilaukaisimesta on kiertovirta-tehokytkimen kytkin-lukon 3Θ laukaisuun vaikuttava, tämän kytkinlukon 38 avausvipuun 37 vaikuttava laukaisuankkuri 33. Kolme laukaisuankkuria 33 on pidätetty yhteisellä jousella 44, niin että kolmen laukaisuankkurin 33 voimien summa vaikuttaa tähän jouseen 44. Lisäksi kolmesta magneettilaukaisimesta jokaisella on toinen, kulloinkin sen kanssa yhdistettyyn, liikkuvaan kosketinosaan 39 vaikuttava iskuankkuri, jossa on keksinnön mukaisesti tehty magneettinen sivuvirtakappale 45 suhteessa ilmarakoon. Tällä kiertovirta-tehokytkimellä on suhteessa virtaa rajoittavaan teho-kytkimeen saksalaisen patenttiselityksen 1,588,109 mukaisesti vielä parannetut valinnaisominaisuudet. Sillä saavutetaan valinnaisuusarvot, jotka käytännössä ovat samat kuin mitä saavutetaan kiertovirta-tehokyt-kimillä aikahidastetuilla magneettisilla laukaisimilla. Liikkuviin kos-ketinosiin 39 vaikuttaviin iskuankkureihin 34 ei kohdistu minkäänlaista vaikutusta, johtuen kolmen kytkinlukon 38avausvipuun vaikuttavien lau-kaisuankkureiden 33 kytkennästä, niin että keksinnön mukaisesti tehdyllä kiertovirta-tehokytkimellä on suuri kytkentäkyky ja se on virtaa rajoittava. On edullista, että kolme laukaisuankkuria 33 on yhdysosien kautta kytketty toisiinsa jäykästi tai että ne sijaitsevat toisistaan riippumattomasti kytkinlukon 38 avausvivulla 37. Lisäksi voidaan myös kolme iskuankkuria 34 kytkeä edullisesti yhteen kiinteästi yhdysosien avulla, jolloin ne toimivat iskien samanaikaisesti kolmeen liikkuvaan kosketinosaan 38. Ne voivat kuitenkin myös olla kytkemättömiä ja ne voivat toisistaan riippumattomasti vaikuttaa ko. liikkuvaan kosketinosaan 39 .

Claims (11)

13 58844

1. Automaattikytkin, varsinkin suojakytkin, jossa on kytkinlukko (8) ja magneettilaukaisin, jossa on kaksi ankkuria (3, M sekä näiden työilmaraot (-5 , ύ^) yhteisessä, tämän magneettilaukaisimen magneettipiirissä, joka sisältää mag-neettisydämen (1) ja herätyskelan (5) ja erityisesti magneetin ikeen (2), joista ankkureista toinen vaikuttaa kytkinlukon (8) avausvipuun (7) ja toinen vaikuttaa liikkuvaan kosketinosaan (9), t u n n e t t u siitä, että toisen liikkuvaan kos-ketinosaan (9) vaikuttavan ankkurin (upotusankkurin k) työilmaraon (5^) suuntaisena on magneettinen sivuvirta, joka kulkee magneettisesti, ainakin osittain tämän työilmaraon (δyli.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen automaattikytkin, tunnettu siitä, että magneettinen sivuvirta on siten mitoitettu, että se magneettilaukaisimen heräityskelan (5) läpi virtaavan, ensimmäisen, avausvipuun (7) vaikuttavan ankkurin (3) havahtumisalueella olevan virran esiintyessä muuttuu magneettiseen kyllästykseen tai tulee magneettisesti kyllästetyksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen automaattikytkin, tunnettu siitä, että magneettinen sivuvirta muodostuu ensimmäisen, kytkinlukon avausvipuun (7) vaikuttavan ankkurin 3 vaikutuksesta (kuviot 1 ja 2).

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 3 mukainen automaattikytkin, tunnettu siitä, että liikkuvaan kosketinosaan (9) vaikuttavan toisen ankkurin (U) lähtö-työilmarako on isompi kuin kytkinlukon avausvipuun (7) vaikuttavan ensimmäisen ankkurin (3) lähtötyöilmarako.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen automaattikytkin, tunnettu siitä, että molemmat ankkurit (3, b) ovat upotusankkureita (kuviot 1 ja 2).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen automaattikytkin, tunnettu siitä, että upotusankkuri (3 tai U) on kytketty koaksiaalisesti toiseen upotusankkuriin (3 ja h) on sijoitettu koaksiaalisesti suhteessa magneettilaukaisimen magneetti-sydämeen (1) (kuviot 1, 2).

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen automaattikytkin, tunnettu siitä, että magneettisen sivuvirtakappaleen muodostaa liikkumaton magneettilaukaisimen magneettipiirissä oleva kappale (ontto sylinteri 15 tai tappi Ib), joka on magneettista ainetta (kuviot 7 ja 8).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen automaattikytkin, tunnettu siitä, että toinen, liikkuvaan kosketinosaan (9) vaikuttava ankkuri (1+) on upotusankkuri ja että magneettisen sivuvirtakappaleen muodostava, liikkumaton kappale on pitkänomainen, ontto kappale, mieluiten ontto sylinteri (15), johon on sijoitettu li i k— ,., 58844 kuvaan kosketinosaan (9) vaikuttava upotusankkuri ja joka yhtyy päätypinnan kohdalla magneettilaukaisimen magneettisydämeen (1) tai jossa tämä magneettisydän (1) sijaitsee, (kuvio 7).

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen automaattikytkin, tunnettu siitä, että toinen, liikkuvaan kosketinosaan (9) vaikuttava ankkuri k on upotusankkuri ja että magneettisen sivuvirtakappaleen muodostava, liikkumatonkappale on pitkänomainen, suhteessa magneettisydämeen (1) koaksiaalinen tappi (1b), joka sijaitsee magneettisydämen (1) päätypinnalla ja joka kytkeytyy magneettisydämeen (1) nähden koaksiaaliseen poraukseen (kb), joka on tässä upotusankkurissa (kuvio 8).

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen automaattikytkin, t unnettu siitä, että kytkinlukon avausvipuun (7) vaikuttava ankkuri (3) on pudotusankkuri ja liikkuvaan kosketinosaan vaikuttava ankkuri (3) on pudotusankkuri ja liikkuvaan kosketinosaan vaikuttava (9) ankkuri (k) on upotusankkuri (kuvio 10).

11. Patenttivaatimusten 1-10 mukainen automaattikytkin, tunnettu siitä, että kolmesta navasta on jokainen varustettu liikkuvalla kosketinosalla (39) ja tähän vaikuttavalla ankkurilla (3k) ja kolmesta navasta käytetään jokaista varten omaa magneettilaukaisinta, jossa on työilmarako (2) liikkuvaan kosketinosaan (39) vaikuttavan ankkurin (3k) kanssa yhdistettyä magneettista sivuvirta-kappaletta (k5) varten, että lisäksi käytetään yhtä kytkinlukkoa (38), joka on lisäksi varustettu yhdellä kytkinlukolla (38), ja että lisäksi tämän kytkinlukon (38) avausvipuun (37) vaikuttavassa ankkurissa (33) kolme magneettilaukaisinta on kytketty yhteen yhteisessä pidätyslaitteessa {kh) (kuvio 13). 15 58844