ITMI991832A1

ITMI991832A1 - THERMAL TRIP DEVICE

Info

Publication number: ITMI991832A1
Application number: IT1999MI001832A
Authority: IT
Inventors: Michael Bachle; Wolfgang Meyer-Haack
Original assignee: Aeg Niederspannungstech Gmbh
Priority date: 1998-08-24
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2001-02-24
Also published as: IT1313116B1; ITMI991832A0; DE19838417A1; DE19838417B4

Description

L'invenzione si riferisce ad un dispositivo di scatto termico per un dispositivo di comando per comandare una corrente al superamento di un’altezza di corrente predeterminata, con un elemento bimetallico per lo scatto di un’operazione di comando in dipendenza di un grado di riscaldamento dell'elemento bimetallico e con una linea di alimentazione per alimentare la corrente da comandare all'elemento bimetallico. The invention relates to a thermal tripping device for a control device for controlling a current when a predetermined current height is exceeded, with a bimetallic element for triggering a control operation depending on a degree of heating of the bimetallic element and with a power supply line for supplying the current to be controlled to the bimetallic element.

Dispositivi di scatto di questo tipo vengono impiegati preferibilmente come protezione da sovraccarichi in dispositivi di comando come per esempio interruttori automatii i. La Figura I mostra uno schema funzionale a blocchi di un interruttore automatico con un dispositivo di scatto termico e uno elettromagnetico, il percorso della corrente essendo caratterizzato da una linea passante e i percorsi di scatto da frecce rappresentate a tratti. Trip devices of this type are preferably used as overload protection in control devices such as automatic switches. Figure I shows a functional block diagram of an automatic circuit breaker with a thermal and an electromagnetic trip device, the current path being characterized by a passing line and the trip paths by arrows represented in dashes.

II dispositivo di scatto elettromagnetico serve allo scatto di una operazione di disinserimento di un interruttore 1 nel caso in cui la corrente, fluente attraverso il dispositivo di comando, supera una predeterminata altezza di corrente. Il dispositivo di scatto elettromagnetico viene formato nel caso presente da una bobina elettromagnetica 3 con un nucleo (solenoide), l'interruttore 1 a superamento della predeterminata altezza di corrente venendo azionato sulla base dell'effetto di campo magnetico, per far scattare l'operazione di disinserimento. The electromagnetic trip device serves to trip a disconnection operation of a switch 1 in the event that the current flowing through the control device exceeds a predetermined current height. In the present case, the electromagnetic trip device is formed by an electromagnetic coil 3 with a core (solenoid), the switch 1 upon exceeding the predetermined current height being operated on the basis of the magnetic field effect, to trigger the operation disarming.

Il dispositivo di scatto termico viene formato preferibilmente da un elemento bimetallico 2 che si riscalda in dipendenza della corrente da comandare fluente attraverso l'elemento bimetallico 2 e si deforma in dipendenza del riscaldamento, l'operazione di comando dell'interruttore 1 venendo fatta scattare, dovuta alla deformazione, alla presenza di un grado di riscaldamento predeterminato. L'elemento bimetallico 2 serve come ulteriore protezione termica da sovraccarichi al flusso di una corrente, la quale non supera l'altezza di corrente predeterminata, necessaria per lo scatto elettromagnetico, durante una durata di tempo prolungato. The thermal trip device is preferably formed by a bimetallic element 2 which heats up as a function of the current to be controlled flowing through the bimetallic element 2 and deforms as a function of the heating, the control operation of the switch 1 being triggered, due to deformation, the presence of a predetermined degree of heating. The bimetallic element 2 serves as a further thermal overload protection to the flow of a current, which does not exceed the predetermined current height, necessary for the electromagnetic trip, during an extended period of time.

Nelle Figure 3a e 3b sono rappresentati dispositivi di scatto termico del tipo noto. Figures 3a and 3b show thermal release devices of the known type.

La Figura 3a mostra un dispositivo di scatto termico con un elemento bimetallico 7 costituito da due strati metallici con diversa dilatazione termica specifica. L'elemento bimetallico è fissato con una estremità ad un elemento di supporto 6, l'elemento di supporto essendo fissato ad un corpo cavo del dispositivo di comando. Inoltre sono previste linee di alimentazione 51 , 52 per l alimentazione della corrente da comandare all'elemento bimetallico 7, le linee di alimentazione 51 , 52 essendo formate, non preferibilmente, da trefoli metallici e essendo fissate attraverso punti di saldatura 4 all'elemento bimetallico 7. Figure 3a shows a thermal trigger device with a bimetallic element 7 consisting of two metal layers with different specific thermal expansion. The bimetallic element is fixed with one end to a support element 6, the support element being fixed to a hollow body of the control device. In addition, supply lines 51, 52 are provided for supplying the current to be controlled to the bimetallic element 7, the supply lines 51, 52 being formed, not preferably, by metal strands and being fixed through welding points 4 to the bimetallic element 7.

Nel noto dispositivo di scatto secondo la Figura 3a la corrente da comandare fluisce, partendo da un contatto di collegamento non mostrato del dispositivo di comando attraverso una linea di alimentazione 52 dal Iato di collegamento e l'elemento bimetallico 7 ad una linea di alimentazione 52 dal lato di un interruttore. La corrente, fluente attraverso l'elemento bimetallico 7, porta ad un riscaldamento dell'elemento bimetallico 7, il quale riscaldamento dipende dalla resistenza dell'elemento bimetallico 7. Sulla base dei differenti coefficienti di dilatazione termica dei metalli formanti l'elemento bimetallico 7 risulta una inflessione termicamente dipendente dell'elemento bimetallico 7. Nel caso di un predeterminato grado di riscaldamento la inflessione raggiunge una misura predeterminata, alla quale viene fatta scattare una operazione di comando dell'interruttore l . Uno dei contatti di comando dell'interruttore 1 può essere collegato direttamente o attraverso una meccanica a leve con la estremità mobile dell'elemento bimetallico 7. In the known trip device according to Figure 3a, the current to be controlled flows, starting from a connection contact not shown of the control device, through a power supply line 52 from the connection side and the bimetallic element 7 to a power supply line 52 from the side of a switch. The current flowing through the bimetallic element 7 leads to a heating of the bimetallic element 7, which heating depends on the resistance of the bimetallic element 7. On the basis of the different thermal expansion coefficients of the metals forming the bimetallic element 7 it results a thermally dependent deflection of the bimetallic element 7. In the case of a predetermined degree of heating, the deflection reaches a predetermined extent, at which a control operation of the switch 1 is triggered. One of the control contacts of the switch 1 can be connected directly or through a mechanical lever with the movable end of the bimetallic element 7.

Nel caso del dispositivo di scatto termico secondo la Figura 3a la corrente da comandare generalmente relativamente alta porta ad un forte riscaldamento dell'elemento bimetallico 7, il ché comporta uno sviluppo di calore indesideratamente alto nel dispositivo di comando. La sollecitazione termica, con ciò collegata, porta inoltre ad una durata di vita ridotta dell'elemento bimetallico 7. In the case of the thermal trigger device according to Figure 3a, the generally relatively high current to be controlled leads to a strong heating of the bimetallic element 7, which entails an undesirably high heat development in the control device. The thermal stress, thereby connected, also leads to a reduced life span of the bimetallic element 7.

Inoltre la caratteristica dell'elemento bimetallico 7 è soggetta a dispersioni di esemplari, per cui è ridotta la riproducibilità del dispositivo di scatto ed è aumentato l'onere di calibratura. Un ulteriore, noto dispositivo di scatto termico è rappresentato in Figura 3b, i componenti, concordanti con la Figura 3a, essendo caratterizzati dagli stessi numeri di riferimento. Furthermore, the characteristic of the bimetallic element 7 is subject to scattering of specimens, so that the reproducibility of the trigger device is reduced and the calibration burden is increased. A further, known thermal trigger device is shown in Figure 3b, the components, which agree with Figure 3a, being characterized by the same reference numbers.

Nel caso del noto dispositivo di scatto termico secondo la Figura 3b le linee di alimentazione 51 , 52 non sono direttamente contattate con l'elemento bimetallico 7, ma avvolte attorno all'elemento bimetallico 7 e isolate rispetto a questo per esempio per mezzo di un rivestimento isolante non mostrato. Così la corrente da comandare fluisce dalla linea di alimentazione 52 dal lato del collegamento attraverso una parte di avvolgimento, costituita da più avvolgimenti 5, verso la linea di alimentazione 51 dal lato dell'interruttore, per cui l'elemento bimetallico 7 non viene attraversato da alcuna corrente e viene indirettamente riscaldato dal passaggio di calore degli avvolgimenti 5 riscaldati dalla corrente da comandare. Cosi possono essere ridotti Io sviluppo di calore e la sollecitazione termica dell'elemento bimetallico 7. In the case of the known thermal trigger device according to Figure 3b, the supply lines 51, 52 are not directly contacted with the bimetallic element 7, but wound around the bimetallic element 7 and insulated with respect to this, for example by means of a coating insulator not shown. Thus the current to be controlled flows from the power supply line 52 on the connection side through a winding part, consisting of several windings 5, towards the power supply line 51 on the circuit-breaker side, so that the bimetallic element 7 is not crossed by any current and is indirectly heated by the passage of heat from the windings 5 heated by the current to be controlled. Thus the development of heat and the thermal stress of the bimetallic element 7 can be reduced.

Inoltre il riscaldamento indiretto porta ad un miglioramento della riproducibilità, in quanto la resistenza elettrica dell’elemento bimetallico 7 non ha alcuna influenza sul grado di riscaldamento determinato dalla resistenza specifica degli avvolgimenti 5. In addition, indirect heating leads to an improvement in reproducibility, since the electrical resistance of the bimetallic element 7 has no influence on the degree of heating determined by the specific resistance of the windings 5.

Sulla base della disposizione dell'avvolgimento il dispositivo di scatto termico secondo la Figura 3b richiede però un aumentato onere di fabbricazione, per ottenere una riproducibilità i l più possibile alta. On the basis of the arrangement of the winding, the thermal trigger device according to Figure 3b however requires an increased manufacturing effort, in order to obtain the highest possible reproducibility.

E' quindi lo scopo della presente invenzione di mettere a disposizione un dispositivo di scatto termico con ridotto sviluppo di calore e migliorata riproducibilità. It is therefore the object of the present invention to provide a thermal trigger device with reduced heat development and improved reproducibility.

Questo scopo viene raggiunto da un dispositivo di scatto termico del suddetto tipo, caratterizzato dal fatto che l'elemento bimetallico è disposto in un ramo di un collegamento in parallelo, la corrente da comandare formando la corrente totale del collegamento in parallelo. This object is achieved by a thermal trip device of the aforesaid type, characterized in that the bimetallic element is arranged in a branch of a parallel connection, the current to be controlled forming the total current of the parallel connection.

Secondo ('invenzione quindi una parte ridotta della corrente da comandare viene condotta attraverso l'elemento bimetallico in modo che si riduca il riscaldamento dell'elemento bimetallico e quindi del dispositivo di comando nel campo della corrente limite. Questo porta ad una minore sollecitazione termica dell'elemento bimetallico e quindi ad una maggiore durata di vita, in quanto l'elemento bimetallico può essere realizzato per una corrente di scatto minore. According to the invention, therefore, a reduced part of the current to be controlled is conducted through the bimetallic element so that the heating of the bimetallic element and therefore of the control device in the range of the limit current is reduced. This leads to a lower thermal stress of the the bimetallic element and therefore a longer life span, since the bimetallic element can be made for a lower tripping current.

Inoltre le dispersioni di esemplari dell'elemento bimetallico hanno riflessi minori sulla corrente di scatto, in quanto la corrente, soggetta alle dispersioni di esemplari e comportante il grado di riscaldamento predeterminato per l'elemento bimetallico, è soltanto una piccola parte della corrente di scatto. Furthermore, the specimen dispersions of the bimetallic element have minor reflections on the tripping current, since the current, subject to specimen dispersions and involving the predetermined degree of heating for the bimetallic element, is only a small part of the tripping current.

L'altro ramo del collegamento in parallelo può essere formato preferibilmente da un pezzo di linea come per esempio un trefolo elettrico che presenta una resistenza sostanzialmente minore rispetto all'elemento bimetallico. Quindi è possibile una fabbricazione semplice e un'alta riproducibilità. The other branch of the parallel connection may preferably be formed by a piece of line such as an electrical strand which has substantially less resistance than the bimetallic element. Thus, simple fabrication and high reproducibility is possible.

Inoltre la linea di alimentazione e l'altro ramo del collegamento in parallelo possono essere formati da un trefolo elettrico comune in un solo pezzo, il trefolo metallico potendo essere saldato a due punti dell'elemento bimetallico in modo che il tratto del trefolo metallico, presente fra i punti di saldatura, formi l'altro ramo del collegamento in parallelo. Questo porta ad una ulteriore semplificazione della fabbricazione. Inoltre la corrente di scatto può essere regolata in maniera semplice con determinazione della distanza dei punti di saldatura. Furthermore, the power supply line and the other branch of the parallel connection can be formed by a common electric strand in a single piece, the metal strand being able to be welded at two points of the bimetallic element so that the section of the metal strand, present between the solder points, form the other branch of the parallel connection. This leads to a further simplification of manufacturing. Furthermore, the tripping current can be easily adjusted by determining the distance of the welding spots.

Vantaggiosi perfezionamenti sono indicati nelle rivendicazioni dipendenti. Advantageous improvements are indicated in the dependent claims.

Qui di seguito l'invenzione sarà ulteriormente illustrata sulla base di un esempio di realizzazione con riferimento ai disegni, in cui mostrano, Hereinafter the invention will be further illustrated on the basis of an example of embodiment with reference to the drawings, in which they show,

la Figura 1 uno schema funzionale a blocchi di un dispositivo di comando con dispositivo di scatto termico; Figure 1 is a functional block diagram of a control device with a thermal trip device;

la Figura 2 un dispositivo di scatto termico secondo un esempio di realizzazione della presente invenzione; Figure 2 a thermal trigger device according to an embodiment of the present invention;

la Figura 3a un noto dispositivo di scatto termico; e Figure 3a a known thermal release device; And

la Figura 3b un ulteriore dispositivo di scatto termico. Figure 3b is a further thermal release device.

La Figura 2 mostra un esempio di realizzazione del dispositivo di scatto termico secondo l'invenzione. Figure 2 shows an example of embodiment of the thermal trigger device according to the invention.

A differenza rispetto ai noti dispositivi di scatto termico secondo le Figure 3a e 3b il dispositivo di scatto termico secondo l'invenzione secondo la Figura 2 presenta un pezzo di linea 53 che è collegato in parallelo all'elemento bimetallico 7 in modo che la corrente da comandare, alimentata dalla linea di alimentazione 52 dal lato di collegamento, venga suddivisa in una corrente parziale fluente attraverso l'elemento bimetallico 7 e una corrente parziale fluente attraverso il pezzo di linea 53. Il pezzo di linea 53 e l'elemento bimetallico 7 formano così un collegamento parallelo, le rispettive correnti parziali venendo determinate dal rapporto delle conduttanze elettriche dell'elemento bimetallico 7 e del pezzo di linea 53. Unlike the known thermal trip devices according to Figures 3a and 3b, the thermal trip device according to the invention according to Figure 2 has a piece of line 53 which is connected in parallel to the bimetallic element 7 so that the current from command, powered by the supply line 52 from the connection side, is divided into a partial current flowing through the bimetallic element 7 and a partial current flowing through the line piece 53. The line piece 53 and the bimetallic element 7 form thus a parallel connection, the respective partial currents being determined by the ratio of the electrical conductances of the bimetallic element 7 and of the line piece 53.

Secondo la nota formula per la determinazione della resistenza globale di un collegamento in parallelo risulta la resistenza globale, opposta alla corrente da comandare, del collegamento in parallelo, formato dal pezzo di linea 53 e dall'elemento bimetallico 7, dalla seguente equazione (1): According to the known formula for determining the global resistance of a parallel connection, the global resistance, opposite to the current to be controlled, of the parallel connection, formed by the piece of line 53 and by the bimetallic element 7, results from the following equation (1) :

R-G <_ >RB x RD/(RB RD), Π) R-G <_> RB x RD / (RB RD), Π)

RG essendo la resistenza globale del collegamento in parallelo, RD la resistenza efficace dell'elemento bimetallico e RD la resistenza del filo metallico del pezzo di linea 53. RG being the global resistance of the parallel connection, RD the effective resistance of the bimetallic element and RD the resistance of the metal wire of the line piece 53.

La suddetta equazione (1) può essere circoscritta con divisione del numeratore e del denominatore rispettivamente per RB, come segue: The above equation (1) can be circumscribed by dividing the numerator and denominator respectively by RB, as follows:

RG - Rn/( 1 RD/RB), RG - Rn / (1 RD / RB),

Dall'equazione (2) è visibile che la resistenza globale RG viene determinata sostanzialmente dalla resistenza RD del filo metallico del pezzo di linea 53 collegato in parallelo, se la resistenza Rn del pezzo di linea 53, collegato in parallelo, è chiaramente minore rispetto alla resistenza dell'elemento bimetallico 7. In questo caso infatti il termine RD/RB del denominatore è trascurabilmente piccolo e ha una bassa influenza sul valore della resistenza globale RG-Sulla base della ridotta resistenza globale RG risulta un minore sviluppo di calore nel dispositivo di comando. Inoltre dispersioni in materiale dell'elemento bimetallico 7, le quali sulla base di una resistenza variata RB, portano ad una corrente parziale, variata, necessaria per lo scatto, attraverso l'elemento bimetallico 7, hanno una influenza minore sulla corrente globale da comandare attraverso il dispositivo di comando. L'altezza della corrente globale, portante allo scatto termico, è così soggetta a minori oscillazioni. Così è aumentata la riproducibilità del dispositivo di scatto termico. From equation (2) it can be seen that the global resistance RG is substantially determined by the resistance RD of the metal wire of the piece of line 53 connected in parallel, if the resistance Rn of the piece of line 53, connected in parallel, is clearly lower than the resistance of the bimetallic element 7. In this case, in fact, the term RD / RB of the denominator is negligibly small and has a low influence on the value of the global resistance RG-On the basis of the reduced global resistance RG there is less heat development in the control device . Furthermore, material dispersions of the bimetallic element 7, which on the basis of a varied resistance RB, lead to a varied partial current necessary for tripping, through the bimetallic element 7, have a minor influence on the global current to be controlled through the control device. The height of the global current, carrying the thermal trip, is thus subject to less oscillations. Thus the reproducibility of the thermal trigger is increased.

Nel caso dell'esempio di realizzazione secondo la Figura 2 le linee di alimentazione 51 e 52 e il pezzo di linea 53 sono collegati attraverso punti di saldatura 4 con l'elemento bimetallico 7. Ciò permette una conformazione in un solo pezzo delle linee di alimentazione 51 , 52 e del pezzo di linea 53 sotto forma di una linea singola, fissata ad entrambi i punti di saldatura 4, come per esempio di un trefolo metallico. In the case of the embodiment example according to Figure 2, the feed lines 51 and 52 and the piece of line 53 are connected through welding points 4 with the bimetallic element 7. This allows a one-piece conformation of the feed lines 51, 52 and of the piece of line 53 in the form of a single line, fixed to both welding points 4, as for example of a metal strand.

Ovviamente sono pensabili anche altri tipi di fissaggio e di contattazione delle linee di alimentazione 51 e 52 e del pezzo di linea 53. se è assicurata una suddivisione della corrente da comandare in una corrente parziale, fluente attraverso l'elemento bimetallico 7, e una corrente parziale fluente attraverso il pezzo di linea 53. Inoltre il pezzo di linea 53 può essere sostituito anche da una resistenza discreta, se la sua resistività è minore rispetto alla resistività del ramo contenente l'elemento bimetallico 7. Obviously, other types of fastening and contacting of the supply lines 51 and 52 and of the line section 53 are also conceivable. If a division of the current to be controlled into a partial current flowing through the bimetallic element 7 and a current partial flowing through the piece of line 53. Furthermore, the piece of line 53 can also be replaced by a discrete resistance, if its resistivity is lower than the resistivity of the branch containing the bimetallic element 7.

La suddivisione della corrente può avvenire anche in un altro punto, se l'elemento bimetallico 7 è disposto in un ramo parallelo di un collegamento in parallelo in modo che. sia data la necessaria suddivisione delle correnti. The splitting of the current can also take place at another point, if the bimetallic element 7 is arranged in a parallel branch of a parallel connection so that. the necessary subdivision of the currents is given.

A titolo di riassunto viene rivelato un dispositivo di scatto termico per un dispositivo di comando con un elemento bimetallico e una linea di alimentazione, l'elemento bimetallico essendo disposto in un ramo di un collegamento in parallelo e la corrente da comandare formando la corrente globale del collegamento in parallelo. L’altro ramo del collegamento in parallelo viene formato preferibilmente da un pezzo di linea con una minore resistenza in modo che soltanto una piccola parte della corrente da comandare fluisca attraverso l'elemento bimetallico. Sulla base della corrente ridotta, fluente attraverso l’elemento bimetallico, è ridotto lo sviluppo di calore nel dispositivo di comando. Inoltre dispersioni di esemplari dell'elemento bimetallico hanno un riflesso minore sulla corrente globale da comandare in modo che vengano raggiunti una maggiore riproducibilità e un minore onere di calibratura. By way of summary, a thermal trip device for a control device with a bimetallic element and a power line is disclosed, the bimetallic element being arranged in a branch of a parallel connection and the current to be controlled forming the global current of the parallel connection. The other branch of the parallel connection is preferably formed by a piece of line with a lower resistance so that only a small part of the current to be controlled flows through the bimetallic element. Based on the reduced current flowing through the bimetallic element, the development of heat in the control device is reduced. Furthermore, dispersions of specimens of the bimetallic element have a lower reflection on the global current to be controlled so that a greater reproducibility and a lower calibration burden are achieved.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Thermal trip device for a control device for controlling a current when a predetermined current height is exceeded, with a) a bimetallic element (7) for triggering a control operation depending on a degree of heating of the bimetallic element (7), and b) a power supply line (51, 52) for supplying the current to be controlled by the bimetallic element (7), characterized by the fact that c) the bimetallic element (7) is arranged in a branch of a parallel connection, the current to be controlled forming the global current of the parallel connection.

2. Thermal trigger according to claim 1, characterized by the fact that the other branch of the parallel connection is formed by a piece of line (53).

3. Thermal trigger according to claim 2, characterized by the fact that the piece of line (53) is formed by a metal strand.

4. Thermal trigger according to claim 3, characterized by the fact that the feed line (51, 52) and the piece of line (53) are shaped in one piece from the metal strand, the metal strand being fixed at two points of contact (4) to the bimetallic element (7) so that the portion of the metal strand, present between the contact points (4), forms the piece of line (53) of the other branch of the parallel connection.

Control device with a thermal trip device according to one of claims 1 to 4, the thermal trip device serving as thermal overload protection and the bimetallic element (7) triggering a command operation of the control device.

6. Control device according to claim 5, further comprising an electromechanical tripping device (3) for triggering the disconnection operation in the presence of a predetermined height of the current to be controlled.

Control device according to one of claims 4 and 5, the control device being an automatic switch.