Pierwszenstwo: 20.111.1964 Austria Opublikowano: 15.IX.1966 52176 KI. 21 c, 68/01 MKP H-eS-fr UKD BIBLIOTEKA Urzedu Patentowego Polsl;fe| HzeczypirspoMtEi Ludowej Wlasciciel patentu: E. Schrack Elektrizitats Aktiengesellschaft, Wieden (Austria) Wyzwalacz elektromagnetyczny wylacznika ochronnego Wynalazek niniejszy dotyczy elektromagnetycz¬ nego wyzwalacza wylacznika ochronnego, zwlaszcza wylacznika róznicowego.Wyzwalacz wedlug wynalazku dziala na zasadzie magnesu podtrzymujacego i jest zaopatrzony w dwa blachowane jarzma wykonane z zelaza miekkiego, które sa umieszczone równolegle w okreslonej od¬ leglosci od siebie i polaczone za pomoca magnesu trwalego oraz w zwore wykonana równiez z miek¬ kiego zelaza, przy czym na kazde z dwu ramion obu jarzm, które to ramiona sa przylegle do siebie, sa osadzone cewki wzbudzajace pradu zmiennego.W nowoczesnych konstrukcjach laczników stawia sie wymagania, aby byly one zaopatrzone w coraz bardziej czule wyzwalacze, zwlaszcza w zastoso¬ waniu do wylaczników róznicowych i wylaczników ochronnych pradu uplywowego. Z tego powodu tradycyjne wykonania wyzwalaczy elektromagne¬ tycznych sa nieodpowiednie i dlatego sa zastepo¬ wane czesto przez specjalne wyzwalacze elektro¬ magnetyczne zaopatrzone w magnes trwaly. Do tego celu nadaja sie szczególnie elektromagnetycz¬ ne wyzwalacze z magnesem podtrzymujacym, w których zwora magnetyczna w stanie niewyz- wolomym utrzymywana jest za ipomoca magnesu trwalego, który przeciwdziala naprezeniu sprezyny, przy czym taki stan podtrzymywania zwory zosta¬ je zniesiony za pomoca bardzo malego pradu wy¬ zwalajacego, który wytwarza strumien odmagne- sowujacy. Przy tego rodzaju wyzwalaczach, uwzgledniajac ich produkcje seryjna, sila przy¬ ciagania magnesu trwalego musi byc utrzymana w scislych granicach, a ponadto musi byc zagwa¬ rantowane, ze nawet przy wyzwoleniu wyzwala- 3 cza przez najwieksze prady, nie moga wystepowac zaklócenia w ukladzie magnesu trwalego, jak równiez nie moze podlegac zaklóceniom przez obce pola zakres czulosci wyzwalacza.W austriackim opisie patentowym Nr 197,895 io opisany jest szczególowo uklad elektromagnetycz¬ nego wyzwalacza z malym czasem wlasnym, zwla¬ szcza wyzwalaczy^ których jarzmo sklada sie z dwóch jednakowych i bezszczelinowych czesci umieszczonych obok siebie, zawierajacych przes¬ il trzen o niewielkiej przenikalnosci magnetycznej.Wyzwalacz ten jest zaopatrzony we wkladke wy¬ konana z materialu niemagnetycznego, przy czym czesci sa wykonane z materialu o duzej przeni¬ kalnosci w postaci blachowanych ramek dwu- lub 20 wiecej ramiennych. W czesciach ramek laczacych ' poprzecznie ramiona tego jarzma umieszczony jest magnes trwaly lub elektromagnes oraz zwora, z których to elementów kazde mostkuje przestrzen pomiedzy obiema czesciami jarzma. Na ramionach 25 jarzma umieszczone sa uzwojenia wzbudzajace, które moga nalezec do róznych obwodów. Taka postac wykonania ukladu elektromagnetycznego wyzwalacza w nowoczesnych rozwiazaniach kon¬ strukcyjnych laczników nie spelnia wspomnianej *• . zasady stosowania magnesu podtrzymujacego 521763 52176 4 w scislym znaczeniu, bowiem zastosowany magnes trwaly pracuje jako element blokujacy. Takie magnesy blokujace przewidziane sa w wyzwala- czach, w których stan podtrzymania wzbudzony przez magnes trwaly jest wywolany przez wla¬ czony posrednio element z miekkiego zelaza, przy czym element ten w przypadku wyzwolenia wy¬ zwalacza spowodowanego wzbudzeniem ramkowego jarzma przez stosunkowo duze amplitudy pradu zmiennego przechodzi w swój obszar nasycenia, tworzac w ten sposób wysoka opornosc magne¬ tyczna, blokujaca strumien magnetyczny. Wskutek tego w jarzmie, które w tym przypadku musi byc zamkniete, przenikalnosc magnetyczna wobec wzra¬ stajacej indukcji maleje do takiego stopnia, wzgle¬ dnie opornosc magnetyczna wzrasta do takiej war¬ tosci, ze zwora jest przemieszczana pod dzialaniem przeciwnie skierowanej sily mechanicznej. Takie magnesy blokujace zaczynaja dzialac zwykle do¬ piero przy znacznych pradach przeciazeniowych.Wedlug wynalazku wyzwalacz elektromagnetycz¬ ny do wylaczników ochronnych, oparty na zasadzie wyzej opisanej, wykonany jest tak, ze oba jarzma z miekkiego zelaza maja ksztalt litery „U" a ich ramiona * na dwóch przeciwleglych plaszczyznach czolowych, polozonych na przekatnej sa zmostko- wane zwora wykonana z miekkiego zelaza, pod¬ trzymywana przez sprezyne odciagajaca, która to zwora zamyka strumien magnesu trwalego. Uklad elektromagnetyczny wedlug wynalazku pracuje wedlug zasady magnesu podtrzymujacego jako „uklad róznicowy". Na pole wywolane magnesem trwalym w zworze, naklada sie sterujace pole pochodzace od pradu zmiennego, przy czym pole stale oslabiane jest przez przeciwdzialajaca polów¬ ke fali pradu zmiennego, co po uplywie najwyzej pelnego okresu pradu zmiennego powoduje otwar¬ cie zwory. W tym przypadku jarzmo magnetyczne musi byc otwarte. Wprawdzie sposób ten zalezny jest od biegunowosci pradu wyzwalajacego, jednak w stosunku do znanych sposobów z magnesem blokujacym wykazuje on czulosc wieksza o co najmniej dwa rzedy wielkosci.Magnes trwaly zastosowany w tym ukladzie ele¬ ktromagnetycznym wykonany jest w postaci tarczy cylindrycznej, przy czym bieguny magnetyczne umieszczone sa obok siebie na powierzchni przy¬ legajacej do jarzma, a powierzchnia zewnetrzna ma szczeline do umieszczania w niej srubokreta.W korzystnej postaci wykonania wyzwalacza, zwora z miekkiego zelaza sklada sie z czesci srod¬ kowej w ksztalcie romba i dwóch prostokatnych skrzydel osadzonych przeciwsobnie przy tej czesci, z których kazda nakrywa jedna plaszczyzne czo¬ lowa jarzma, przy czym w przyblizeniu w srodku symetrii zwory osadzona jest sprezyna odciagajaca.Wyzwalacz elektromagnetyczny wedlug wynalaz¬ ku, ze wzgledu na swa duza czulosc nadaje sie szczególnie do wylaczników ochronnych pradu uply¬ wowego, które musza zadzialac nawet przy prze¬ plywie ulamka pradu znamionowego, lub tez do kombinowanych wylaczników ochronnych pradu i napiecia. Jest wiadomym, ze nawet przy materia¬ lach o duzej przenikalnosci magnetycznej, przy tych samych wymiarach, do nasycenia potrzeba znacznie wiecej amperozwojów niz do samego oslabienia strumienia magnetycznego magnesu trwalego. 5 Wyzwalacz elektromagnetyczny w zastosowaniu do prostych wylaczników ochronnych zbudowany jest tak, ze na jarzmie z miekkiego zelaza ma nasadzone dwie jednakowo nawiniete cewki wzbu¬ dzajace, polaczone szeregowo tak, ze ich dzia- 10 lania odmagnesowujaoe dodaje sie.Przy odmianie wykonania wyzwalacza w zasto¬ sowaniu do kombinowanego wylacznika pradowo- napieciowego, w znany sposób jedna z cewek wzbudzajacych jako cewka napieciowa nawinieta 15 jest duza liczba zwojów, a droga jako cewka pra¬ dowa ma stosunkowo nieduza liczbe zwojów, przy czym obie cewki zasilane sa oddzielnie.Poza tym, przynajmniej czesc ukladu zawieraja¬ ca magnes trwaly oslonieta jest izolacyjna masa zalewowa i umieszczona w obudowie ochronnej.Wynalazek zostaje wyjasniony na podstawie ry¬ sunku. Na fig. 1 przedstawiony jest widok wyzwa¬ lacza wedlug wynalazku, fig. 2 przedstawia a pionowy przekrój poprzeczny przez jedno z ramion jarzma, fig. 3 — inny ksztalt magnesu trwalego, fig. 4 — wykres sily podtrzymujacej magnesu w funkcji pradu wyzwalajacego, fig. 5 — wyzwa¬ lajacy strumien magnetyczny przy pradzie zmien- so nym, a fig. 6 przedstawia wykres sily podtrzymu¬ jacej odpowiedniej do strumienia z fig. 5.W ukladzie elektromagnesu wedlug fig. 1 i 2, obwód magnetyczny sklada sie z dwóch blacho- wanych jarzm 1 i 2 wykonanych z miekkiego 35 zelaza w ksztalcie litery „U" i umieszczonych w pewnej odleglosci równolegle do siebie, które rozdzielone sa szczelina powietrzna 3 lub plyta dystansowa. Do kazdego z jarzm 1 i 2 przylega magnes trwaly 4 jednym swym biegunem, przy 40 czym ramiona jarzm na dwóch plaszczyznach czolowych N" i S' polozonych przeciwlegle po przekatnej, zmostkowane sa przez zwore 5 utrzy¬ mywana przez sprezyne odciagajaca 6, która to zwora zamyka strumien magnesu trwalego 4. Przy- 45 legle do siebie ramiona N' i S' wzglednie N" i S" jarzm 1 i 2 sa zaopatrzone parami we wspólne cewki wzbudzajace 7 wzglednie 8. Magnes trwa¬ ly 4 moze byc wykonany jako magnes pretowy o zwyklym ukladzie biegunów tak, jak to poka- 50 zano na fig. 1 i 2, lub tez moze on byc tak namagnesowany, ze obie czynne powierzchnie bie¬ gunów N i S na swej powierzchni bocznej styka¬ jacej sie z jarzmami sa polozone obok siebie tak, jak to pokazano na magnesie tarczowym 9 wedlug 55 fig. 3. Zwora 5 laczaca po przekatnej jarzma 1 i 2 sklada sie z czesci srodkowej w ksztalcie romba i dwóch osadzonych na niej przeciwnie wzgledem siebie prostokatnych skrzydelek 5' i 5", z których kazde pokrywa odpowiednio jedna plaszczyzne co czolowa jednego z jarzm. W przyblizeniu w srod¬ ku symetrii zwory 5 przymocowana jest sprezyna odciagajaca 6.Na fig. 3 jest przedstawiona inna odmiana wy¬ konania magnesu trwalego w postaci cylindrycznej 65 tarczy 9, która na swej zewnetrznej plaszczyznie52176 5 czolowej ma szczeline 9' do osadzania w niej srubokreta. Za pomoca obrotu magnesu trwalego z jego najskuteczniejszego polozenia poprzecznego mozna oslabic podtrzymujacy strumien magnesu trwalego tak, ze przy ustalaniu czulosci wyzwa- lacza mozna uzyskac dokladne nastawienie.W przedstawionym ukladzie elektromagnesu wedlug wynalazku, magnes trwaly 4 wzbudza po¬ czatkowo równolegle jarzma z zelaza miekkiego tak, ze jego biegun pólnocny jest przyporzadko¬ wany do jarzma 1, a biegun poludniowy do dru¬ giego jarzma 2. Zwora 5 zamyka obwód magne¬ tyczny od prawego ramienia N" jarzma 1 do lewego ramienia S' tylnego jarzma 2. Zwora 5 utrzymywana jest przy tych obu ramionach jarzm przeciwnie do naciagu sprezyny odciagajacej 6 i zamyka w ten sposób zarówno obwód strumienia magnesu trwalego jak i strumien magnetyczny wytworzony w jarzmie przez prad zmienny plyna¬ cy w 'cewkach 7i 8. Poniewaz miedzy jarzmami 1 i 2 istnieje szczelina 3 o duzej powierzchni, wiec linie pola obu ramion jarzm nie przykrytych przez zwore zostaja wciagniete tak, ze eliminuje sie pole rozproszone, wskutek czego caly uklad wyzwalacza jest bardzo czuly.Jezeli wyzwalacz elektromagnetyczny stosowany jest tylko dla jednego przypadku powodujacego jego wyzwolenie, to cewki 7 i 8 osadzone na pary ramion N' — S' wzglednie N" — S", moga byc identyczne. Przy innej odmianie wykonania moga byc zastosowane dwie rózne cewki, z których je¬ dna, o duzej liczbie zwojów z cienkiego drutu, wzbu¬ dzana jest za pomoca napiecia z wysokoomowego zródla pradu, a druga cewka, o malej liczbie zwojów z grubego drutu, wzbudzana jest za pomoca pradu uplywu z niskoomowego zródla pradu.Dla skutecznego dzialania wyzwalacza elektro¬ magnetycznego wedlug wynalazku waznym jest aby ramiona jarzma w ksztalcie Ilrbery „U" byly stosunkowo krótkie, oraz aby cewki znajdo¬ waly sie mozliwie blisko zwory. Zmienny strumien magnetyczny wzbudzony za pomoca cewek koncen¬ truje sie w sposób widoczny, bez oslabienia przez wewnetrzna opornosc magnesu trwalego (która jest stosunkowo wysoka), bezposrednio w obszarze krytycznym ukladu, to znaczy na zworze 5 i na ramionach N" i S' do niej przylegajacych. Stru¬ mien ten zamyka sie glównie poprzez niewielka opornosc magnetyczna waskiej szczeliny powietrz¬ nej o duzej powierzchni usytuowanej miedzy ramionami jarzma. Strumien magnetyczny magne¬ su trwalego musi pokonac opornosc kazdej polowy jarzma w celu przeniesienia swego dzialania pod¬ trzymujacego na zwore 5, co jednak stanowi kwestie odpowiedniego dobrania wymiarów tego magnesu.Wykres z fig. 4 wskazuje zaleznosc sily P pod¬ trzymujacej zwore 4 od pradu wyzwalajacego J.Prady ujemne —J wzmacniaja strumien magnesu trwalego az do jego nasycenia i nie powoduja wyzwolenia wyzwalacza. Natomiast dodatnie pra¬ dy +J oslabiaja sile przytrzymujaca juz przy bardzo malych wartosciach pradu i powoduja 10 15 20 25 30 35 40 45 50 GO 65 zwolnienie zwory tuz po przekroczeniu sily Pf naciagu sprezyny odrywajacej 6. Wyzwolenie wy¬ zwalacza nastepuje wiec z bardzo duza czuloscia.Przy ewentualnym dalszym wzroscie pradu wy¬ zwalajacego, sila przytrzymujaca obniza sie dalej az do wartosci Pmtn, a nastepnie po zupelnym po¬ konaniu strumienia magnesu trwalego, wzrasta liniowo. Ta czesc wykresu dla pracy wyzwalacza jest nieistotna, gdyz po dokonaniu wyzwolenia wyzwalacza prad nie moze dalej wzrastac.Wykresy z fig. 5 i 6 odnosza sie dla przypadku wyzwolenia wyzwalacza pradem zmiennym. Stru¬ mien magnetyczny # wzglednie zalezna od niego sila przytrzymujaca P przedstawione sa w funkcji czasu (dla teoretycznego idealnego przypadku wy¬ stepowania strumienia sinusoidalnego). Pierwsza polówka fali strumienia zostala przyjeta o tym sa¬ mym kierunku co kierunek strumienia #m mag¬ nesu trwalego. Jak widac z fig. 6, juz na poczatku drugiej pólfali (wyzwalajacej) sila przytrzymuja¬ ca Ph zwory 4 zostaje przekroczona w kierunku mniejszych wartosci, to znaczy ze przekroczona zostaje róznica miedzy sila przyciagania magnesu trwalego PM i sila sprezyny PF. Jak z tego wy¬ nika, przy pradzie zmiennym 50 Hz cale opóznie¬ nie wyzwolenia moze stanowic maksymalnie war¬ tosc rzedu 10 msek. W praktyce wartosc ta wyno¬ si okolo 3 do 5 msek. PL