NO175172B - Elektromagnetisk bryter - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en elektromagnetisk bryter med et hus forsynt med minst ett magnetsystem, omfattende et statorlegeme av magnetisk materiale med en eksiteringsvikling for eksiteringen av et magnetisk felt i det i det minste ene magnetsystem, minst et par kontakter og et fjærsystem, idet statorlegemet har et avlangt kammer som opptar en bevegelig armatur av magnetisk materiale, første og andre armer som strekker seg på hver side av kammeret i rett vinkel til den langsgående retning av dette, på en slik måte at hver av disse kan svinge om sitt støttepunkt i retningen av armaturen som er bevegelig i kammeret mellom armene, idet den frie ende av den første armen er koblet til armaturen som har et opererende element for å påvirke den andre armen til å aktivere paret av kontakter.

En elektromagnetisk bryter av denne type er kjent fra US patent nr. 2.883.488.

I praksis er elektromagnetisk betjenbare brytere anvendt i stor målestokk. Foruten anvendelsen for fjernlukkingen eller åpningen av elektriske kretser, anvendes denne type av bryter også for vern av elektriske kretser. Typiske anvendelsesområder er nullspenningsvern, forover og bakover strømbeskyttelse, magnetisk overlastvern og jordlekkasjevern. For å tilfredsstille de bestemte bryterfunksjoner for hvert av disse anvendelsesområder, blir blant annet mekaniske fjærsystemer anvendt.

Eksempelvis blir blant annet fjærsystemer anvendt for å frembringe kraften ved hjelp av hvilken kontaktene i paret av kontakter holdes mot hverandre (lukket) eller holdes fra hverandre (åpen) for å tilfredsstille de bestemte betingelser (terskler) under hvilke kontaktene må åpne eller lukke, for å frembringe en ønsket koblingshastighet etc. Bladfjær-systemer er fordelaktige ved at en kompakt mekanisk konstruksjon kan realiseres med disse. Imidlertid har bryterkon-struksjonen i henhold til nevnte US patent utilstrekkelige muligheter til å tilfredsstille koblingsfunksjonene som ønskes for de ovennevnte anvendelsesområder. Derfor har denne kjente type av bryter et meget begrenset anvendelses-område .

Andre elektromagnetiske brytere av denne type som er kjent i praksis har generelt temmelig kompliserte fjærsystemer med skruelinjete trekk eller kompresjonsfjærer, i forbindelse med forskjellige bryterarmer og vektarmer, eksempelvis slik som beskrevet i fransk patent 866.592.

De forskjellige armer, vektarmer og fjærer er vanligvis festet ved en ende til huset eller rammen for bryteren, slik at kreftene som utøves på paret av kontakter også virker på forskjellige punkter av huset eller rammen, hvilke derved vanligvis er belastet asymmetrisk. Særlig i tilfellet av brytere for å utkople kortslutningstrømmer i elektriske installasjoner kreves det en høy koblingshastighet, hvilket betyr at store, kraftige fjærer må anvendes. Festingen av fjærene til huset eller rammen vil ofte nødvendiggjøre en tyngre konstruksjon og tilleggsmidler, for å oppnå tilstrekkelig robusthet, hvilket betyr at antallet av deler og størrelsen av bryteren generelt øker ettersom en høyere koblingshastighet behøves.

En fjær for å oppnå en bestemt koblingsfunksjon, eksempelvis for å frembringe en tilstrekkelig høy kontaktkraft, har ofte en ugunstig virkning på en annen koblingsfunksjon, slik som eksempelvis kontaktåpningshastigheten. Et ytterligere krav er derfor generelt at fjærvirkningen må være degressiv. Dette betyr at fjærsystemets aksjon for frembringelse av en koblingsfunksjon må avta meget hurtig når en annen fjær for en annen koblingsfunksjon trer i funksjon og i visse tilfeller endog må reversere i aksjonsretning. For å oppnå en slik degressiv fjæraksjon, er det også nødvendig å ha en relativt komplisert sammenstilling av fjærer og vektarmer som opptar en stor mengde av plass, slik som omhandlet i europeisk patentsøknad EP-A-127.784.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe en elektromagnetisk bryter med et minimum av deler, og som har en kompakt konstruksjon som opptar lite rom, med hvilken et stort antall av koblingsfunksjoner som ønskes i praksis, innbefattende kortslutningsvern og overbelastningsvern (forsinket/øyeblikkelig kobling) kan oppnås.

Dette oppnås i henhold til oppfinnelsen ved at fjærsystemet er et bladfjærsystem der på hver av nevnte første og andre armer én ende av minst én bladfjær virker,

Plasseringen av armaturen mellom nevnte første og andre arm i bladfjærsystemet betyr at, ved å variere svingningsegenskapene for en arm og/eller den andre armen, kan bevegelsen av armaturen som et resultat av den elektromagnetiske kraft som utøves derpå settes innenfor vide grenser. Dette betyr at koblingsegenskapene for bryteren også kan tilpasses med en stor grad av frihet hva angår de bestemte krav som settes av en bestemt anvendelse. Eksempelvis kan det med den første armen oppnås en ønsket terskelvirkning mot å sette armaturen i bevegelse, og med den andre armen, uavhengig av virkningen av den første armen, kan det settes en ønsket kraft for å holde kontaktene mot hverandre.

På grunn av den innbyrdes anordning av de forskjellige bevegelige deler av bryteren, i henhold til oppfinnelsen, er sistnevnte både enkel hva angår utformning og kompakt hva angår konstruksjon, og den kan dimensjoneres for et stort antall av bestemte formål. Ettersom bryteren, ifølge oppfinnelsen, også har et minimum av deler, vil mulighetene for svikt enten under montering eller ved drift være langt lavere enn i tilfellet med brytere av denne type som er kjent i praksis.

En foretrukket utførelsesform av den elektromagnetiske bryter i henhold til oppfinnelsen er konstruert på en slik måte at statorlegemet er omtrentlig U-formet i tverrsnitt, i hvilket kammeret strekker seg fra ett ben til det andre, at bladfjærsystemet er festet til statorlegemet på en slik måte at nevnte første og andre armer hver strekker seg langs et ben derav, og at kammeret og benene er forsynt med passasjer gjennom hvilke henholdsvis den første armen er koplet til armaturen, og det opererende elementet kan virke på den andre armen, mens eksiteringsviklingen er anbragt rundt kammeret.

Alle bevegelige bryterdeler er understøttet her av statorlegemet, slik at ingen andre forbindelsespunkter til huset er nødvendige, annet enn festepunktene for selve statorlegemet. det vil være klart at dette er meget attraktivt fra produk-sjonssynspunkt.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen er midler tilveiebragt for å begrense bevegelsen av minst en av armene på en slik måte at totalen av krefter som utøves på armene under innflytelsen av den i det minste ene bladfjæren alltid rettes i motsatt retning til de krefter som kan utøves på armene under innflytelsen av armaturen.

I en ytterligere utførelsesform av den elektromagnetiske bryteren, ifølge oppfinnelsen, består bladfjærsystemet av en støtteramme med en bladf jaer, der hver ende av denne virker respektivt på nevnte første og andre armer som er plassert i rammeåpningen og understøttes av støtterammen, idet dimensjonene av nevnte armer i rammeåpningen er slik at bladfjæren spennes, slik at under innflytelse av fjærvirkningen fra bladfjæren blir en terskelaksjon hovedsakelig oppnådd med den første armen mot å ta det i det minste ene paret av kontakter til den ene posisjonen og med den andre armen oppnås i alt vesentlig kontaktkraft for å holde paret av kontakter i den andre posisjonen. Aksjonspunktet for bladfjæren på den første armen i én retning og aksjonspunktet for bladfjæren på den andre armen i den andre retningen er forskjøvet relativt de respektive støttepunkter for støtterammen.

Ifølge en ennu ytterligere utførelsesform av bryteren, i henhold til oppfinnelsen, omfatter bladfjærsystemet en støtteramme med to bladfjærer som strekker seg på en slik måte fra en ende ved hvilken de understøttes av støtterammen, at de frie ender av nevnte bladfjærer peker i motsatte retninger, idet hver frie ende virker på henholdsvis nevnte første og andre armer som er plassert i rammeåpningen og støttet av støtterammen, idet dimensjonene av nevnte armer i rammeåpningen er slik at de to bladfjærene spennes, slik at med fjærvirkningen av den ene bladfjæren og den første armen påvirket derved, vil i alt vesentlig en terskelaksjon oppnås mot å ta paret av kontakter til den ene posisjonen, og med fjæraksjonen av den andre bladfjæren og den andre armen påvirket derved, oppnås i alt vesentlig kontaktkraft for å holde det i det minste ene paret av kontakter i den andre posisjonen.

Denne utførelsesform har fordelen at virkningen av nevnte første og andre armer kan settes på den optimale måte, uavhengig av hverandre, ettersom hver av disse påvirkes av en spearat bladfjær.

Svingningsegenskapene for en arm i bladfjærsystemet kan tilpasses på en relativt enkel måte ved å velge deres støtteposisjon og aksjonsposisjonen for den i det minste ene bladfjæren derpå på passende måte relativt hverandre, idet dette selvfølgelig er delvis avhengig av selve bladfjærens fjærkarakteristika. Bladfjærsystemet danner gjenstand for norsk patentsøknad nr. 885824, inngitt samtidig med foreliggende søknad.

Ettersom med et bladfjærsystem av denne type slike store krefter kan utøves på armene at ikke bare tilstrekkelig høy koblingshastighet, men også tilstrekkelig høy kontaktkraft kan oppnås, kan bryteren ifølge oppfinnelsen anvendes med fordel for å utkople kortslutningsstrømmer i eksempelvis elektriske installasjoner. Et slukkekammer blir ofte anvendt i praksis for å slukke eventuell utladningslysbue som kan opptre når kontaktene i paret av kontakter i bryteren skilles fra hverandre. Ved nok en annen utførelsesform av bryteren ifølge oppfinnelsen, omfatter det i det minste ene paret av kontakter en bevegelig og en fast kontakt, der den faste kontakten er festet til innløpsåpningen for et slukkekammer som er opptatt i huset, mens den frie enden av den andre armen inneholder den bevegelige kontakten som kan bevege seg i innløpsåpningen for slukkekammeret.

Innløpet til slukkekammeret i denne konstruksjon er direkte motstående opprinnelsesstedet for utladningslysbuen, hvilket fremmer slukningsaksjonen derav. En ytterligere forbedring av slukningsaksjonen oppnås i henhold til oppfinnelsen gjennom det faktum at slukkekammeret er formet slik at det vider seg ut fra innløpsåpningen, idet den vide delen derav inneholder slukningsmidler.

Ifølge en ennu ytterligere utførelsesform av bryteren, som, som følge av den høye koblingshastighet som kan oppnås dermed, av størrelsesorden en brøkdel av periodevarigheten for vekselspenningen som skal frakoples, kan også anvendes med fordel som en strømbegrensningsbryter i elektriske energifordelingsanlegg, har bryteren minst en strømbe-grensende komponent med forbindelsesender som er koplet til de respektive kontakter på det i det minste ene paret av kontakter. Som en følge av den meget kompakte konstruksjon av magnetsystemet, kan denne i det minste ene strøm-begrensende komponent med fordel oppbevares i bryterens hus. Denne strømbegrensende komponent er fortrinnsvis en motstand, men kan også være en reaktansspole, eller kan bestå av en motstand i form av spiralviklet motstandstråd og er plassert i et avlangt rom som er dannet i huset.

En slik strømbegrensende bryter blir i praksis alltid anvendt i forbindelse med en bryter som også er benyttet oppstrøms i anlegget og har den fordel at strømmen i det elektriske anlegget kun begrenses og ikke avbrytes. I tilfellet av en kortslutning og/eller dersom der er en viss grad av over-belastning, blir kontaktene på den strømbegrensende bryteren, som normalt er lukket under effekten fra fjærvirkningen åpnet, slik at den i det minste ene strømbegrensende komponenten kobles i serie med forbrukerne som er koplet til anlegget. Ved passende dimensjonering av den strøm-begrensende komponenten, blir den bestemte kortslutning eller overbelastningsstrøm begrenset, hvoretter denne begrensede strøm frakobles ved hjelp av nevnte bryter som befinner seg oppstrøms i anlegget. Ettersom denne ytterligere bryter ikke trenger å frakoble den fullstendige kortslutningsstrøm, kan dens konstruksjon være enklere, og den er således mindre utsatt for svikt enn brytere som må være i stand til å frakople en fullstendig kortslutningsstrøm.

Dersom, ifølge en foretrukket utførelsesform av bryteren, ifølge oppfinnelsen, en forbindelsesende av eksiteringsviklingen er koplet til en kontakt på det i det minste ene paret av kontakter og den andre forbindelsesenden av eksiteringsviklingen sammen med den andre kontakten danner forbindelsespunktene for bryteren, vil den begrensede strømmen fortsatt strømme gjennom eksiteringsviklingen. Når en bryter, slik som den som er konstruert i henhold til oppfinnelsen, anvendes, er det nødvendig at den har en viss grad av hysterese. Dette betyr at strømintensitetene ved hvilke paret av kontakter beveges fra en posisjon til en andre og omvendt må være forskjellige. Når den eksempelvis anvendes som en strømbegrensningsbryter må paret av kontakter åpne over en viss strømintensitet og må lukke på en strøm-intensitet som er lavere enn den begrensede strømverdien. For å sikre at bryteren trer i drift kun ved en bestemt intensitet av strømmen i eksiteringsviklingen, må det oppnås en viss terskelaksjon mot å ta paret av kontakter fra en posisjon til den andre. Dette kan oppnås enten ved hjelp av et passende valg av kraften som gis av den i det minste ene bladfjæren på den første armen, eller ved hjelp av en passende konstruksjon av den magnetiske kretsen i magnetsystemet.

For å sikre at paret av kontakter generelt går tilbake igjen til en bestemt tilstand ved en strømintensitet som er lavere enn strømintensiteten som er nødvendig for å ta den ut av denne posisjon, vil det også være viktig å begrense bevegelsen av minst en av armene på en slik måte at totalen av krefter som utøves på armene under innflytelsen av den i det minste ene bladfjæren alltid dirigeres i den motsatte retning av de krefter som kan utøves på armene under innflytelse av armaturen. Dette kan tenkes løst ved en stopper av magnetisk materiale som begrenser armaturens bevegelse og er anbragt i kammeret nær enden som befinner seg motstående den andre armen samt ved en andre stopper som begrenser bevegelsen av den andre armen og er tilveiebragt i huset.

Gjennom begrensningen av bevegelsen av armaturen, bevegelsen av den første armen som er koblet dertil og med den ytterligere stopperen, kan bevegelsen av den andre armen begrenses på en slik måte at når bryteren energiseres, med andre ord når paret av kontakter beveges fra en posisjon til den andre under innflytelse av den genererte elektromagnetiske kraft, er resultanten av kreftene som utøves på armene ved hjelp av fjærsystemet alltid slik at den opprettholder en viss verdi som er motsatt den elektromagnetiske kraft for magnetsystemet. Stopperen som befinner seg i kammeret har også en virkning på den magnetiske aksjonen i magnetsystemet, hvilket kan forstås som følger.

I en posisjon av paret av kontakter, eksempelvis dersom kontaktene hviler mot hverandre, er der et luftgap med bestemte dimensjoner, og med en bestemt magnetisk resistans, mellom armaturen og stopperen. For å bevege armaturen i retning av stopperen, vil den elektromagnetiske kraften som genereres av strømmen i eksiteringsviklingen måtte ha en tilstrekkelig høy verdi til å overvinne denne magnetiske resistans, i tillegg til terskelkraften som utøves av bladf jaer systemet. Når armaturen har beveget seg mot stopperen, slik at paret av kontakter er åpent, vil strømmen gjennom eksiteringsviklingen bli redusert av den elektriske lysbue som opptrer, men særlig i utførelsesformen med en strømbegrensende komponent. Ettersom der nå ikke er noe luftgap mellom armaturen og stopperen i kammeret, er denne lavere strøm tilstrekkelig til å holde armaturen mot stopperen. Dersom strømmen gjennom eksiteringsviklingen nå avtar ytterligere på en slik måte at den elektromagnetiske kraften blir mindre enn kraften som utøves av fjærsystemet på armaturen, beveges armaturen under innflytelse av fjæraksjonen i retningen vekk fra stopperen, slik at paret av kontakter igjen lukker. Det vil være klart at den forestilte hysterese og terskelaksjon bestemmes både av kraften som utøves av fjærsystemet på armaturen og av dimensjonene av luftgapet.

For å tillate holding av kontaktparet i en bestemt posisjon, eksempelvis etter kobling, kan den andre armen, i henhold til oppfinnelsen, låses på en kjent måte slik at paret av kontakter kan beveges til den andre posisjonen, eksempelvis ganske enkelt ved å frigjøre låsen med håndkraft.

Oppfinnelsen skal nå forklares med henvisning til to utførelsesformer og de vedlagte tegninger. Fig. 1 viser skjematisk i tverrsnitt en første utførelsesform av en elektromagnetisk bryter, ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser skjematisk i tverrsnitt en andre utførelsesform av en elektromagnetisk operert bryter, ifølge oppfinnelsen, som kan anvendes som en strømbegrensende effektutkoplings-bryter i elektriske fordelingsanlegg. Fig. 3 viser i diagramform den resulterende kraft som utøves av fjærsystemet på armaturen som en funksjon av forflytningen av det opererende element som er forbundet dermed og som virker på den andre armen. Fig. 1 viser skjematisk et tverrsnitt av en elektromagnetisk bryter som er konstruert i henhold til oppfinnelsen med et hus 1 og et magnetsystem 2.

Magnetsystemet 2 består av et U-formet statorlegeme 3 av magnetisk materiale, som inneholder et sylindrisk kammer 6 som strekker seg fra det ene benet 4 til det andre benet 5 på statorlegemet 3. De to benene 4, 5 på statorlegemet 3 har ved kammeret 6 en passasje gjennom hvilken ved benet 4 en sylinderformet armatur 7 av magnetisk materiale kan beveges inn og ut av kammeret 6, og ved benet 5 kan en stift 8 som er forbundet med armaturen strekke seg forbi kammeret 6. En stopper 9 av magnetisk materiale er anbragt i kammeret 6 ved punktet der stiften 8 kan strekke ség forbi kammeret 6. Nevnte stopper 9 har en passasje for stiften 8. En eksiteringsvikling 10 er tilveiebragt rundt kammeret 6. Magnetsystemet 2 er festet til huset 1 ved hjelp av en statorplate 11 som er montert på endene av statorlegemets 3 ben 4,5.

Et bladfjærsystem, konstruert i henhold til fig. 5d i nevnte norske patentsøknad nr. 885824, er festet på statorplaten 11. Bladfjærsystemet omfatter en støtteramme 12 med to bladfjærer 13, 14 som hver understøttes ved en ende ved hjelp av støtterammen 12 og peker i motsatte retninger, idet hver frie ende av bladfjærene 13, 14 virker på armdelene 17, 18-plassert i rammeåpningen og vippbart understøttet av støtterammene 12 - på henholdsvis en første arm 15 og en andre arm 16. Armdelene 17, 18 har en form som er tilpasset formålet og har slike dimensjoner at de respektive "bladfjærer 13, 14 spennes og er således noe bueformet.

Den første armen 15 strekker seg gjennom en åpning i statorplaten 11 langs benet 4 av statorlegemet 3, gjennom hvilken armaturen 7 kan rage utenfor. Den frie enden 19 av armen 15 har slik form at den hengselmessig kan koples til armaturen 7. Dette kan eksempelvis være en skrueforbindelse 20, men det kan også være en kløftet forbindelse eller lignende. Den andre armen 16 kan også strekkes gjennom en åpning i statorplaten 11 langs benet 5 på statorlegemet 3, gjennom hvilken en stift 8 som er forbundet med armaturen kan rage utenfor. Armen 16 er forsynt med bevegelig kontakt 24, eksempelvis i form av et elektrisk ledende lag 22 som løper gjennom over den frie enden 21 derav og som på siden av armen 16 som vender mot statorlegemet 3 ender motstående en fast kontakt 23.

Forbindelsesenden 25 av eksiteringsviklingen 10 er koplet til terminalen 26, og den bevegelige kontakten 24 er koplet til terminalen 29 ved hjelp av den fleksible forbindelse 27 og det elektrisk ledende laget 22 anbragt på kontaktarmen 16 og den elektrisk ledende støtteplaten 28. Den faste kontakten 23 er montert på den elektrisk ledende støtten 30, og via denne støtte 30 er festet til den andre forbindelsesenden 31 på eksiteringviklingen 10.

En stopper 32 ved hjelp av hvilken bevegelsen av armen 16 kan begrenses, er anbragt i en avstand fra siden av den andre armen 16 som vender bort fra statorlegemet 3. Som vist i fig. 1 er en første låsehake 33 forbundet med armen 16, hvilken likesom armen 15 kan være enten elektrisk ledende eller av isolerende materiale (plast), idet nevnte låsehake er i stand til å passe sammen med en andre låsehake 34 for å låse den andre armen 16 når paret av kontakter er i den åpne tilstand.

Den andre låsehaken 34 er festet, med roterbar støtte ved en ende, på huset 1. Ved de frie ender er de to låsehakene forsynt med tilpassede trapesformede hakedeler. I den viste lukkede posisjon for paret av kontakter 23, 24, holdes de to hakedelene mot hverandre, slik som vist, ved hjelp av trekkfjæren 35, som er festet på huset 1 og den andre låsehaken 34.

I den låste posisjonen danner de rette sidene 36, 37 på hakedelene inngrep med hverandre og låsen kan fjernes kun ved å bevege operasjonsknappen 38 som er forbundet med den andre låsehaken 34 og som er tilgjengelig fra husets utside, mot fjærvirkningen fra trekkfjæren 35 (retningen av pilen), hvoretter armen 16 går tilbake, under påvirkning av bladfjæren 14 som virker på denne, til den posisjon som er vist.

Aksjonen for bryteren er nå som følger. Fjærvirkningen fra bladfjæren 13 og armen 15 som påvirkes av denne utøver i alt vesentlig en terskelaksjon mot å ta paret av kontakter 23, 24 inn i den ene (ikke viste, åpne) posisjon, mens bladfjæren 14 og armen 16 som påvirkes derved i alt vesentlig leverer kontaktkraften for å holde paret av kontakter i den viste lukkede posisjon.

Et kraftpar i urvlserretningen utøves ved hjelp av bladfjæren 13 på den første armen 15 og ved hjelp av bladfjæren 14 på den andre armen 16. Dette kan oppnås ganske enkelt på grunn av at aksjonspunktet 39 for bladfjæren 13 på armdelen 17 av armen 15, når man ser i tegningsplanet, ligger til venstre for støttepunktet 40 hvor armdelen 17 understøttes av støtterammen 12. Den motsatte situasjon gjelder den andre armen 16. Her ligger aksjonspunktet 41 på bladfjæren 14, når man ser i tegningsplanet, til høyre for støttepunktet 42, hvor armdelen 18 understøttes av støtterammen 12. Aksjonspunktene 39,41 og støttepunktene 40, 42 er dannet som V-formet hakk i de respektive armdeler 17, 18.

I den situasjon som er vist på tegningen holdes den andre armen 16 med sin bevegelige kontakt 24 mot den faste kontakten 23 under innflytelse av kraftparet som virker på den. Armaturen 7 blir delvis beveget ut av kammeret 6 under påvirkningen av den første armen 15. Et luftgap 43, som representerer en bestemt magnetisk resistans, er tilveiebragt mellom armaturen 7 og stopperen 9. Når strømmen gjennom eksiteringsviklingen 10 øker, vil den elektromagnetiske kraft som derved genereres 14 også øke, og armaturen 7 vil ønske å bevege seg i en retning mot stopperen 9. Når den elektromagnetiske kraften har nådd en slik verdi at kraften som derved virker på armaturen 7 er større enn kraften som utøves av den første armen 15 i den motsatte retning, vil armaturen 7 bli beveget mot stopperen 9. Gjennom bevegelsen av stiften 8 i retningen av den andre armen 16, blir et kraftpar i retning mot urviseren, sett i tegningsplanet, utøvet derpå, slik at paret av kontakter 23, 24 åpnes og låses i denne posisjon ved hjelp av låsehakene 33, 34.

Intensiteten av strømmen gjennom eksiteringviklingen 10 ved hvilken paret av kontakter er åpnet, kan således settes enten ved hjelp av størrelsen av luftgapet 43 eller ved hjelp av fjæraksjonen i fjærsystemet. Det er innlysende at låsningen av bryteren kan oppnås på mange forskjellige måter som er kjent i praksis og som det kan gis avkall på om nødvendig. I stedet for å åpne kontaktene, er det mulig eksempelvis å anbringe den faste kontakten 23 og den bevegelige kontakten 24 på siden av den andre armen 16 som vender vekk fra statoren 3, for å omdanne bryteren til en bryter som lukker kontakter under påvirkning av en bestemt strømintensitet. Forbindelsesenden 31 på eksiteringsviklingen og den faste kontakten 23 må så tas til utsiden på separate terminaler (ikke vist).

I det ovennevnte bladfjærsystem er de respektive bladfjærer 13, 14 med deres understøttede ender i et stykke med støtterammen 12. Det er imidlertid også mulig å anvende løsgjørbart støttede bladfjærer, eller bladfjærer som ikke strekker seg på linje med hverandre, slik som eksempel vist i fig. 5 i norsk patentsøknad nr. 885824. Støtterammen 12 kan også dannes av statorplaten 11, ved å forsyne sistnevnte med passende støttepunkter for armene 15, 16. Den elektromagnetisk betjente bryter er, i henhold til oppfinnelsen, slik som vist i fig. 1 egnet for bruk eksempelvis som en overbelastnings-sikkerhetsbryter, hvor strømmen som skal frakoples har en slik verdi at et slukkekammer ikke er nødvendig.

Fig. 2 viser skjematisk i tverrsnitt en ytterligere utfør-elsesform av en elektromagnetisk betjent strømbegrensende bryter ifølge oppfinnelsen, som gjør bruk av et fjærsystem med kun en bladfjær, i henhold til fig. 6c i nevnte norske patentsøknad nr. 885824. Delene i fig. 2 som har en lik funksjon som den for delene vist i fig. 1 er angitt med de samme henvisningstall.

Bladfjærsystemet omfatter en støtteramme 44 og en enkelt bladf jær 45. Den første armen 15 og den andre armen 16 er anbragt henholdsvis mellom endene av bladfjæren 45 og de motsatte kanter av støtterammen 44. Dimensjonene av armdelene 17, 18 - understøttet i rammeåpningen - av henholdsvis den første armen 15 og den andre armen 16 er slik at bladfjæren 45 spennes og således svakt bueformes når den er i den monterte tilstand. Armdelene 17, 18 som under-støttes i rammeåpningen har en form som er tilpasset omstendighetene og kan være i realiteten rektangulær.

Paret av kontakter 23, 24 er i innløpsåpningen 46 på et slukkekammer 47, som er formet slik at det vider seg ut asymmetrisk fra innløpsåpningen. Slukkekammeret 47 er anbragt innenfor et rom dannet ved hjelp av en vegg 48 og huset 1 og er forsynt med kjente midler for å slukke eventuell utladningslysbue mellom paret av kontakter 23, 24. Slukkekammeret 47 er plassert direkte motstående opprinnelsesstedet for utladningslysbuen, slik at sammen med den innsnevrende innløpsåpningen 46 oppnås det en effektiv aksjon for å slukke en utladningslysbue. En avgrensningsvegg for slukkekammeret 47 kan tilveiebringes, f.eks. ved paret av kontakter 23, 24, med en stopper 50 som begrenser bevegelsen av armen 16.

En kontaktende 51 på en motstand 53, laget av en spiralviklet motstandstråd og plassert i rommet 52, er koblet til den faste kontakten 23 via den elektrisk ledende veggen 49 av slukkekammeret. Den andre forbindelsesenden 54 på motstanden 53 er koblet ved hjelp av en fleksibel, elektrisk ledende forbindelse 55 til den elektrisk ledende armen 16, ved hvis ende 21 den bevegelige kontakten 24 er. dannet. En forbindelsesende 56 på eksiteringsviklingen 10 er også elektrisk forbundet med den faste kontakten 23 via den kontinuerlige veggen 49 av slukkekammeret, slik som vist med stiplede linjer. Den andre forbindelsesenden 57 på eksiteringsviklingen 10, også vist med stiplede linjer, sammen med tilkoplingsenden 58, som er koplet på elektrisk ledende måte til forbindelsesenden 54 på motstanden 53 og via den fleksible forbindelse 55 til den bevegelige kontakt 24, vist med stiplede linjer, danner forbindelsespunktene for den strømbegrensende bryteren, som kan tilveiebringes, eksempelvis ifølge fig. 1 på terminaler.

Som allerede omtalt innledningsvis, er det mulig i stedet for en strømbegrensende motstand 53, også å oppta en reaktansspole eller en kombinasjon av en eller flere motstander, reaktansspoler og/eller kondensatorer i huset 1.

En utladningslysbue som opptrer under adskillelsen av kontaktene slukkes på en effektiv måte ved hjelp av slukkekammeret 47. Når paret av kontakter 23, 24 er åpent, er begrensningsmotstanden 53 i strømkretsen, slik at strømmen som flyter gjennom bryterkretsen reduseres til en forut-bestemt verdi. Fjærsystemet er dimensjonert på en slik måte at under den tid som denne begrensede strøm flyter gjennom bryterkretsen, er den elektromagnetiske kraften som derved genereres sterk nok til å holde armaturen 7 mot stopperen 9. Ettersom i denne situasjon luftgapet 43 reduseres til null, vil en mindre magnetisk kraft klare seg til å holde armaturen 7 tiltrukket enn det som trengs for å ta den inn i den tiltrukne tilstanden. Bevegelsen av den andre armen 16 kan begrenses på en slik måte, eksempelvis ved hjelp av stopperen 50, at bladfjæren 45 ikke går gjennom sitt overgangspunkt, slik at den konstant utøver et kraftpar med urviserretningen, sett i tegningsplanet, på armen 16. Aksjonspunktene 39, 41 for bladfjæren og støttepunktene 40, 42 for henholdsvis armdelene 17 og 18 er plassert på en lignende måte relativt hverandre som vist i fig. 1.

Fig. 3 angir grovt i diagramform den resulterende kraft som utøves av bladfjærsystemet på armaturen 7 som en funksjon av forflytningen av stiften 8 som er forbundet med armaturen 7. Banen x som beveges av stiften 8 er plottet langs den horisontale aksen, og ovennevnte resulterende kraft F er plottet langs den vertikale akse. Ettersom dette er et diagram som er kun for illustrerende formål, er ingen enhets eller numerisk verdi angitt for x og F.

Posisjonen av stiften 8 som er vist i fig. 1 og i fig. 2 tilsvarer punktet x0 i fig. 3. Antar man at ingen strøm flyter gjennom eksiteringsviklingen, vil verdien F^ av den resulterende kraft som virker på armaturen i retningen av den første armen 15 tilsvare terskelkraften som utøves av bladfjærsystemet. Hvis deretter en elektromagnetisk kraft under innflytelse av en strøm som flyter i eksiteringsviklingen utøves på armaturen 7 for å bevege den i retningen av den andre armen 16, vil armaturen bli beveget i retningen av den andre armen 16 når verdien F^ derved overskrides.

Som et resultat av den degressive aksjon av bladfjærsystemet, vil kraften som utøves på armaturen 7 når stiften 8 beveges avta inntil stiften 8 ved punkt x^ slår mot den andre armen 16. Den resulterende kraft i bladfjærsystemet som utøves på armaturen 7 og som hadde falt til en verdi Fg, øker nå brått under påvirkningen av kraften som virker derpå gjennom den andre armen 16 inntil den når en verdi F'g- Bevegelsen av stiften i regionen x0-x^ benevnes som det frie slaget. Selvom minskningen i kraften F i denne region angis som en rett linjedel 60, kan den også være en bueformet linjedel, avhengig av fjæraksjonen i bladfjærsystemet som utøves på den første armen 15.

Dersom armaturen 7, under innflytelsen av den elektromagnetiske kraften som virker derpå, beveges ytterligere i retningen av stopperen 9, vil den resulterende kraft F som utøves på armaturen av de to armene 15 og 16 avta til en verdi F3 som et resultat av den degressive aksjonen i bladfjærsystemet, eksempelvis i henhold til linjedelen 61 vist i fig. 3. Forløpet av den (lineære) minskning i den resulterende kraften F som angitt med linjedelen 61 blir i alt vesentlig bestemt av bladfjærens karakteristika og posisjonen for aksjons- og støttepunktene av de respektive armdeler 17 og 18 og kan også ha en ulineær utvikling. Den degressive aksjonen av bladfjærsystemet oppstår gjennom det faktum at gjennom bevegelsen av den første armen 15 og/eller den andre armen 16 vil den eksisterende posisjon av deres respektive aksjonspunkter 39 og 41 relativt de tilpassede støttepunkter 40, 42 endre seg, slik at de eksisterende kraftpararmene i bladfjærsystemet endrer seg. Gjennom endringen i kraftpararmene, vil kraftparene som utøves på armen 15 og eller armen 16 endre seg, hvilket leverer den endelige degressive fjærvirkningen for bladfjærsystemet.

Ved punktet xg løper armaturen 7 mot stopperen i kammeret 6, og innflytelsen av kraften som utøves av den første armen 15 blir plutselig eliminert. Ettersom kraften som utøves av denne første arm 15 på armaturen 7 selv har endret retning i regionen mellom x^ og xg, som vist med den stiplede linjen 62 som strekker seg i det nedre halve plan av diagrammet, vil den resulterende kraft F som virker på armaturen ved punkt Xg øke brått til en verdi F'3. Fra punktet Xg svinger den andre armen 16 så gjennom til punktet X3 som et resultat av dens kinetiske energi. I diagrammet kan dette sees som en virtuell forskyvning av stiften 8. Punktet X3 bestemmes av den ytterligere stopper 32 (fig. 1) eller 50 (fig. 2) som er plassert i huset eller ved hjelp av en annen passende bevegelsesbegrensning for den andre armen 16. Minskningen i den resulterende kraften F som angitt med linjedelen 63 bestemmes av den degressive fjæraksjonen som utøves på den andre armen 16 og kan ha en ulineær utvikling i stedet for den lineære kurven som er vist. Ettersom i punkt X3 en resulterende kraft F4 virker på den andre armen 16 i retningen av stiften 8, vil nevnte arm 16 bevege seg mot stiften 8 og vil til slutt forbli hvilende mot stiften 8 i punktet Xg, slik at paret av kontakter 23, 24 åpnes.

Dersom nå strømmen i den koblende kretsen faller på en slik måte at kraften som utøves av bladfjæren på den andre armen 16 er større enn kraften som virker derpå fra stiften 8 som er koplet til armaturen 7, vil paret av kontakter 23, 24 bli lukket igjen og anta posisjonen som er vist i fig. 4 eller fig. 2 igjen.

Dersom denne selv-returnerende posisjon ikke er tilsiktet, må bladf jærsystemet dimensjoneres på en slik måte at den resulterende kraft F er negativ i regionen xg-X3, og således kommer i det nedre halve plan av diagrammet, hvilket i fig. 1 og fig. 2 betyr at bladfjærsystemet utøver et høyre kraftpar på den andre armen 16, slik at nevnte arm forblir hvilende mot henholdsvis stopperen 32 eller 50.

Hystereseaksjonen for bryteren som det er vist til innledningsvis blir hovedsakelig bestemt av lengden av luftgapet 43 i den langsgående retning av kammeret 6, posisjoneringen av aksjonspunktene 39, 41 for de respektive armdeler 17, 18 og bladfjærens 45 karakteristika. En forflytning av aksjonspunktene 39, 41 relativt planet av støtterammen 44 fører til en forskjellig fjæraksjon. For å beholde de ønskede kraftpar-retninger, er det imidlertid nødvendig at aksjonspunktet 39 for bladfjæren 45 på armdelen 17 i en retning og aksjonspunktet 41 for bladfjæren 45 på armdelen 18 i den andre retningen forblir forskjøvet på en slik måte relativt de respektive støttepunkter 40, 41, at bladfjæren 45 alltid er spent og er eksempelvis bueformet i en retning vekk fra statorlegemet 3, slik som vist i fig. 2. Dimensjonene av luftgapet 43 bestemmes av lengden av armaturen 7 og lengden av stopperen 9 målt i den langsgående retning av kammeret 6.

Dersom bryteren anvendes eksempelvis i elektriske anlegg med en nominell spenning lik 220V, og strømbegrensningsmotstanden 53 eksempelvis har en verdi lik 1 Ohm, vil, når en fullstendig kortslutning oppstår, dvs. med kortslutningsresistans lik null, etterat paret av kontakter 23, 24 i strømbegrens-ningsbryteren er åpne på grunn av at kortslutningsstrømmen opptrer og eventuell utladningslysbue er slukket, idet man setter til side den 0hm'ske resistans i eksiteringsviklingen 10 og kretsen bak den, en begrenset strøm lik ca. 220A strømme gjennom bryterkretsen. Magnetsystemet 2 i strøm-begrensningsbryteren må nå dimensjoneres på en slik måte at armaturen 7 forblir tiltrukket av denne begrensede strøm, dvs. paret av kontakter 23, 24 forblir åpent. Kun når kortslutningen frakoples, f.eks. ved hjelp av en annen bryter som befinner seg i anlegget, kan paret av kontakter 23, 24 igjen lukkes. Det er innlysende at motstanden 53 må dimensjoneres på en slik måte at den vil være i stand til å ta den effekt som utvikles deri under den tidsperiode som en kortslutningssituasjon hersker. Rommet 52 i hvilket motstanden 53 er plassert, kan eksempelvis forsynes med passende ventilasjonsåpninger (ikke vist) for dette formålet.

For å beholde selvsettings aksjonen for den strømbegrensende bryteren, dvs. å sikre at den etter elimineringen av årsaken til åpningen av paret av kontakter 23, 24 går tilbake til sin forutbestemte tilstand, i dette tilfellet med lukket par av kontakter 23, 24, kan passende stoppmidler som er andre enn stopperen 50 som sammen med den faste kontakten 23 bestemmer dimensjonen av innløpsåpningen 46 for slukkekammeret 47, selvfølgelig anvendes, for eksempel knaster og lignende (ikke vist) som er dannet i huset.

Utførelsesformen av den elektromagnetiske bryteren, ifølge oppfinnelsen, som vist i fig. 2, er, på grunn av bladfjærsystemet med en enkelt bladfjær, særdeles godt egnet for fråkopling av relativt høye kortslutningsstrømmer innenfor en del av en periode av vekselstrømmen. Dette er fordi, på grunn av den løsgjørbart understøttede bladfjæren 45, at bladfjærsystemet kan utøve en høy kontaktåpningshastighet og kontaktkraft, slik som beskrevet i ovennevnte norske patentsøknad nr. 885824.

Selvom i de viste utførelsesformer av den elektromagnetiske bryteren, ifølge oppfinnelsen, en forbindelsesende av eksiteringsviklingen 10 er festet til en kontakt i paret av kontakter 23, 24, er en bryter, ifølge oppfinnelsen, imidlertid ikke begrenset til dette. Forbindelsesendene av eksiteringsviklingen, likesom kontaktene 23, 24 kan alle tas til utsiden på en terminal, eksempelvis slik som terminalene 26, 29 av fig. 1. Statorlegemet 3, slukkekammeret 47 og den strømbegrensende motstand 53 kan selvfølgelig også konstru-eres forskjellig fra den utførelsesform som er vist i fig. 2.

Det vil være klart at den elektromagnetisk opererte bryteren, ifølge oppfinnelsen, ikke er begrenset til utførelsesformene derav som er vist og beskrevet, men at mange modifikasjoner og utvidelser kan foretas av en fagmann uten å avvike fra oppfinnelsens omfang og idé.

Claims (13)

1. Elektromagnetisk bryter med et hus (1) forsynt med minst ett magnetsystem (2), omfattende et statorlegeme (3) av magnetisk materiale med en eksiteringsvikling (10) for eksiteringen av et magnetisk felt i det i det minste ene magnetsystem (2), minst et par kontakter (23, 24 ) og et fjærsystem (12; 44), idet statorlegemet (3) har et avlangt kammer (6) som opptar en bevegelig armatur (7) av magnetisk materiale, første og andre armer (15, 16) som strekker seg på hver side av kammeret (6) i rett vinkel til den langsgående retning av dette, på en slik måte at hver av disse kan svinge om sitt støttepunkt i retningen av armaturen (7) som er bevegelig i kammeret (6) mellom armene (15, 16), idet den frie ende (19) av den første armen (15) er koblet til armaturen (7) som har et opererende element (8) for å påvirke den andre armen (16) til å aktivere paret av kontakter (23, 24), karakterisert ved at fjærsystemet er et bladfjærsystem (12; 44) der på hver av nevnte første og andre armer (15, 16) én ende av minst én bladfjær (13, 14; 45) virker.
2. 2. Elektromagnetisk bryter som angitt i krav 1, karakterisert ved at statorlegemet (3) er omtrentlig U-formet i tverrsnitt, i hvilket kammeret (6) strekker seg fra ett ben til det andre (4, 5), at bladf jærsystemet (12; 44) er festet til statorlegemet (3) på en slik måte at nevnte første og andre armer (15, 16) hver strekker seg langs et ben (4, 5) derav, og at kammeret (6) og benene (4,5) er forsynt med passasjer gjennom hvilke henholdsvis den første armen (15) er koplet til armaturen (7), og det opererende elementet (8) kan virke på den andre armen (16), mens eksiteringsviklingen (10) er anbragt rundt kammeret (6).
3. 3.

   Elektromagnetisk bryter som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at midler (9; 32; 50) er tilveiebragt for å begrense bevegelsen av minst en av armene (15, 16) på en slik måte at totalen av krefter som utøves på armene(15, 16) under innflytelsen av den i det minste ene .bladfjæren (13, 14; 45) alltid rettes i motsatt retning til de krefter som kan utøves på armene (15, 16) under innflytelsen av armaturen (7).
4. 4.

   Elektromagnetisk bryter som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at bladfjærsystemet består av en støtteramme (44) med en bladfjær (45), hvor hver ende av denne virker respektivt på nevnte første og andre armer (15, 16) som er plassert i rammeåpningen og understøttes av støtterammen (44), idet dimensjonen av nevnte armer (15, 16) i rammeåpningen er slik at bladfjæren spennes, slik at under innflytelsen av fjæraksjonen fra bladfjæren (45) blir i alt vesentlig en terskelaksjon oppnådd med den første armen (15) mot å ta det i det minste ene paret av kontakter (23, 24) til den ene posisjonen og med den andre armen (16) oppnås i alt vesentlig kontaktkraft for å holde paret av kontakter (23, 24) i den andre posisjonen.
5. 5. Elektromagnetisk bryter som angitt i krav 4, karakterisert ved at aksjonspunktet (39) for bladfjæren (45) på den første armen (15) i én retning og aksjonspunktet (41) for bladfjæren (45) på den andre armen (16) i den andre retningen er forskjøvet relativt de respektive støttepunkter (40; 42) for støtterammen (44).
6. 6.

   Elektromagnetisk bryter som angitt i ett eller flere av kravene 1 - 3, karakterisert ved at bladfjærsystemet omfatter en støtteramme (12) med to bladfjærer (13, 14) som strekker seg på en slik måte fra en ende ved hvilken de er understøttet ved hjelp av støtte-rammen (12), at de frie endene av nevnte bladfjærer (13,.14) peker i motsatte retninger, idet hver frie ende virker på nevnte respektive første og andre armer (15, 16) som er plassert i rammeåpningen og understøttet av støtterammen (12), idet dimensjonene av nevnte armer (15, 16) i rammeåpningen er slik at de to bladfjærene (13, 14) spennes, slik at med f jærvirkningen av den ene bladfjæren (13) og den første armen (15) påvirket derved, vil i alt vesentlig en terskelaksjon oppnås mot å ta paret av kontakter (23, 24) til den ene posisjonen, og med fjæraksjonen av den andre bladfjæren (14) og den andre armen (16) påvirket derved, oppnås i alt vesentlig kontaktkraft for å holde det i det minste ene paret av kontakter (23, 24) i den andre posi-sj onen.
7. 7.

   Elektromagnetisk bryter som angitt i krav 4, 5 eller 6, karakterisert ved at paret av kontakter (23, 24) er åpent i den ene posisjonen og lukket i den andre posisjonen.
8. 8.

   Elektromagnetisk bryter som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at det i det minste ene paret av kontakter (23, 24) omfatter en bevegelig (24) og en fast (23) kontakt, der den faste kontakten (23) er festet til innløpsåpningen (46) av et slukkekammer (47) som er opptatt i huset (1), mens den frie enden av den andre armen inneholder den bevegelige kontakten (24) som kan bevege seg i innløpsåpningen (46) for slukkekammeret .
9. 9. Elektromagnetisk bryter som angitt i krav 8, karakterisert ved at slukkekammeret (47) er formet slik at det vider seg ut fra innløpsåpningen (46), idet den vide delen derav inneholder slukningsmidler.
10. 10. Elektromagnetisk bryter som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at en forbindelsesende av eksiteringsviklingen (10) er koblet til en kontakt (23) av det i det minste ene paret av kontakter og den andre forbindelsesenden av eksiteringsviklingen (10) sammen med den andre kontakten (24) danner forbindelsespunktene (26, 29) for bryteren.
11. 11. Elektromagnetisk bryter som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at bryteren har minst en strømbegrensende komponent (53) med forbindelsesender som er koplet til de respektive kontakter (23, 24) på det i det minste ene paret av kontakter.
12. 12. Elektromagnetisk bryter som angitt i krav 11, karakterisert ved at den i det minste ene strøm-begrensende komponenten (53) utgjøres av en reaktansspole.
13. 13. Elektromagnetisk bryter som angitt i krav 11 eller 12,karakterisert ved at den i det minste ene strømbegrensende komponenten (53) utgjøres av en motstand. 14.

    Elektromagnetisk bryter som angitt i krav 13, karakterisert ved at motstanden utgjøres av spiralviklet motstandstråd og er plassert i et avlangt rom (52) som er dannet i huset (1).