SU1188803A1 - ТЕРМОЭЛЕМЕНТ КОМБИНИРОт ВАННОГО НАГРЕВА ДЛЯ .ТЕПЛОВОГО РАСЦЕПИТЕЛЯ - Google Patents

Description

Изобретение относится к электронике, а именно к электроаппаратостроению, в частности к тепловым элементам автоматических выключателей.

Цель изобретения - уменьшение 5

расхода материала, а также габарита термоэлемента.

На фиг. 1 представлен термоэлемент комбинированного нагрева по первому варианту; на фиг. 2 - то же, вид сбо-10 ку; на фиг. 3 - термобиметаллический > элемент П-образной формы; на фиг. А тоже, прямоугольной формы; на фиг. 5 - с изогнутым нагревателем; на фиг. 6 - то же, вид сбоку. 15

Термоэлемент комбинированного нагрева состоит из термобиметаллического чувствительного элемента 1 и нагревателя 2, которые выполнены в виде прямоугольных пластин, гибкой 20 рвязи 3, электрически соединяющей верхний конец нагревателя с термобиметаллическим элементом 1, регулировочного винта 4, гибкой связи 5, с помощью которой осуществляется 25

токоподвод к расцепителю (фиг. 1). Термобиметаллический элемент и нагреватель нижними концами соединены между собой с помощью контактной сварки, а нагреватель крепится к кор· 30 пусу аппарата 6 винтом 7. Гибкая связь 8 электрически соединяет нагреватель с выводной скобой 9, с помощью которой осуществляется электрическое подсоединение термобиметал- 35 лического расцепителя и всего автоматического выключателя к токопроводу со стороны нагрузки.

Термобиметаллический расцепитель работает следующим образом. 40

Ток защищаемой цепи, протекающий

по токоведущему контуру автоматичес-. кого выключателя, поступает в термобиметаллический расцепитель через гибкое соединение 5. Затем он развет- 45 вляется по двум параллельным ветвям: по термобиметаллу 1 и нагревателю 2 (от их нижних концов, соединенных с помощью контактной сварки, до мест их соединения с. гибкими связями 3 50

и 8). Далее общий ток протекает по гибкой связи 8 и выводной скобе 9. Нагрев термобиметалла происходит как за счет тепла, выделяемого протекающим по нему током, так и за счет 55 передачи тепла от нагревателя. В результате . незакрепленный верхний конец термобнметалличес.кого элемента перемещается и воздействует на защелку механизма свободного расцепления автоматического выключателя, вызывая его

• · о

срабатывание.

Из фиг. 3 и 4 видно,'что габаритные размеры по ширине, а также количество требуемого материала для изготовления термоэлементов П-образной формы и в.виде прямоугольной пластины различно.

Так, для предлагаемого термоэлемента габаритный размер по ширине равен ширине термобиметалла. Для термоэлемента прототипа аналогичный габаритный размер

В=2(Ъ+Н,). (1)

Отношение габаритных размеров

| =2(1+-4. (2=

Обычно Ьс-К,, поэтому предлагаемый термоэлемент, как это следует из (2), имеет в 4 раза меньший габаритный размер по ширине по сравнению с известным термоэлементом. Если толщина термобиметаллов одинакова для"обоих термоэлементов и равна А , то из геометрических соображений можно вывести выражения для массы термобиметаллов.

Масса термобиметалла предлагаемо‘го термоэлемента

τη_5ι=^ΗΑΐ-, (3)

где у - плотность термобиметалла.

Масса термобиметалла известного термоэлемента

ш₈₂=2ЬД^₆[ь-К₂+О,25|Г(к,+К_г)3 . (4)

С учетом соотношения К₂=К,+Ь находят

^1=2(1+^---^---^----1 (5)

Полагая получается

--=2(1+0,355 _т-), (6)

те, ь

т.е. масса термобиметалла предлагаемого термоэлемента тболее чем в два’раза меньше массы т^ термобиметалла известного термоэлемента. Аналогичные выкладки могут быть проведены и для нагревателя.

Полученные выводы положены в основу расчета ожидаемого экономического эффекта от использования в автоматических выключателях предлагаемого изобретения. Однако реальный экономический эффект может быть значительно больше, так как уменьшение разме- . ров термобиметаллического расцепителя позволяет уменьшить габариты всего автоматического выключателя, снизить его материалоемкость и себестоимость.

3 '1188803

4

Необходимо иметь в виду, что длина средней линии тока в предлагаемом термоэлементе более чем в два раза ' меньше, чем у П-образного термоэлемента. Учитывая, что потери электри- 5 ческой энергии в термобиметаллическом расцепителе составляют значительную часть общих потерь в аппарате, то уменьшение длины средней линии тока более чем в два раза вызовет такое 10 же уменьшение электрического сопротивления и потерь электрической энергии .

Таким образом, преимуществом предлагаемой конструкции термоэлемента является уменьшение потерь электрической энергии.

При относительно больших номинальных токах (100-160А) малогабаритных автоматических выключателей термичес •кая устойчивость нагревателя в режиме отключения предельных токов короткого замыкания оказывается недостаточной, так как мала его площадь сечения, рассчитанная по условно необходимой величине электрического сопротивления нагревателя для получения заданной защитной характеристики расцепителя.

В этом случае может быть использован другой вариант термоэлемента, в котором повышение термической устойчивости нагревателя достигается за счет комбинации термобиметаллического элемента прямоугольной формы €. нагревателем, выполненным в виде пластины, изогнутой в плоскости, параллельной плоскости деформации термобиметалла (фиг. 5 и 6).

На фиг. 5 и 6 изображен второй вариант термобиметаллического расцепителя с изогнутым шунтом-нагревателем и термобимёталлом прямоугольной формы. Элементы такой конструкции соответствуют спецификации фиг. 1 и 2. Термобиметалл 1 нижним концом подсоединен с помощью контактной сварки к одному из концов нагревателя 2, длина которого увеличена по сравнению с первым вариантом за счет изгиба. Другой конец нагревателя соединен с гибкими связями 3 и 8, электрически соединяющими нагреватель с тер-: мобиметаллом и выводной скобой 9.

15

25

30

35

40

45

50

Работа термобиметаллического расцепителя по второму варианту (фиг.5 и 6) аналогична работе по первому варианту (фиг. 1 и 2).

Применение нагревателя, изогнутого в плоскости, параллельной плоскости деформации термобиметалла, в сочетании с термобиметаллом прямоугольной формы позволяет увеличить термическую устойчивость нагревателя следующим образом. Электрическое сопротивление нагревателя равно

о>

где ^н, Г_н, Зц - удельное электрическое сопротивление, длина и сечение нагревателя соответственно.

Для данной конструкции расщепите-: ля оно должно быть определенной постоянной величиной, определяющей необходимую защитную характеристику расцепителя, поэтому при увеличении длины в изогнутом нагревателе примерно в два раза по сравнению с его длиной в конструкции, изображенной на фиг. 1 и 2, величину сечения 3 _н нужно тоже увеличить примерно в два раза. Термическая устойчивость нагревателя определяется режи-. мом протекания по нему токов короткого замыкания. При этом его.нагрев осуществляется адиабатически, и превышение температуры 0_н нагревателя находится по выражению

__

(8)

где I

²^^СН ’ ток через нагреватель;

С - время протекания тока;

^_Н,С_М - плотность и удельная теплоемкость материала нагревателя.

Откуда следует, что при увеличении сечения в два раза, превышение температуры 0_н уменьшается в 4 раза. Если 0ц оставить прежней для обеспечения необходимой защитной характеристики расцепителя, то можно увеличить ток 1^ через нагреватель в два раза. Этим и определяется увеличение термической устойчивости нагревателя.

ί188803

и* г».

Фиг.1

Фиг. г

1188803

О

Фиг.Ъ

Фиг. 5

Фиг. Ь

Фиг. δ

Claims (2)

1. ТЕРМОЭЛЕМЕНТ КОМБИНИРОт ВАННОГО НАГРЕВА ДЛЯ .ТЕПЛОВОГО РАСЦЕПИТЕЛЯ, содержащий термобиметаллический чувствительный элемент и нагреватель, соединенные между собой параллельно, отличающийся тем, что, с целью уменьшения расхода материала, а также габарита термоэлемента, термобиметаллический чувствительный элемент и нагреватель выполнены в виде пластин прямоугольной формы, а параллельное соединение осуществлено путем жесткого соединения их одних концов и гибкой связи между другими концами.

2. Термоэлемент по п. ^.отличающийся тем, что нагреватель выполнен в виде пластины, изогнутой в плоскости, параллельной плоскости деформации термобиметаллического чувствительного элемента.

а

1 1188803 2