SU1432632A1 - Быстродействующий автоматический выключатель - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к низковольтным электрическим аппаратам, в частности к быстродействующим автоматическим выключател м, предназначенным дл  защиты полупроводниковых преобразователей . Цель изобретени  - улучшение защитных характеристик выключател  путем снижени  полного интеграла отключени  и расширение области применени . Подвижный контакто- держатель выполнен в виде двух токо- проводов, один из которых расположен в воздушном зазоре магнитопровода 1, а другой - в окне магнитопровода. То- копровод, расположенный в окне магнитопровода , в средней части выполнен с разрывом и через гибкие шины подключен к цепи из симметричного тирис- торного ключа, образованного тиристо рами 10 и 11, и дополнительной обмотки 7. При возникновении короткого замыкани  в цепи сигналы пол рных датчиков тока 19 и 20 через реле времени 22 и 21 поступают на симметричный ти- ристорный ключ. Подключение дополнительной обмотки 7 после трогани  подвижных контактов позвол ет ускорить размыкание контактов и благодар  этому уменьшить полный интеграл отключени  выключател , а также расширить область применени  выключател . 4 ил. с & (Л

Description

0111.3

Изобретение относитс  к низковольтным электрическим аппаратам, в частности к быстролействующим автоматическим выключател м, предназначенным дл  защитм полупроводниковых преобразователей .

Цель изобретени  - улучшение защитных характеристик выключател  путем снижени  полного интеграла ОТКЛЮчени  и расширение области применени 

На фиг. 1 показан выключатель, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид сверху, разрез; на фиг. 3 -- электрическа  схема выключател ; на фиг. 4 - вре- менные диаграммы.

Выключатель содержит шихтованный 1агнитопровод 1 с вoздyuJным зазором и окном, основную обмотку 2, первый 3 и второй 4 токопроводы подвижного контактодержател , подвижный и неподвижный контакты 5, гибкие соединени  6, дополнительную обмотку 7, неподвижные контактодержатели 8 и 9, тиристоры 10 и 11, заключенные в корпуса, дугогасительные камеры 12, выводы 13 и 14, привод 15 с контактной пружиной , шток 16 привода 15, расцепитель 17 максимального тока, шток 18, св зывающий расцепитель 17 с приводом 15 пол рные датчики 19 и 20 тока, реле 21 и 22 времени.

Подвижньм контактодержатель, состо щий из токопроводов 3 и 4, укреплен на подвижном штоке 16 привода 15 и может перемещатьс  поступательно вправо (по фиг. 1). Первый токопро- вод 3 расположен в воздушном зазоре магнитопровЪда 1. На нем и на неподвижных контактодержател х 8 и 9 установлены контакты 5.,

На подвижном и неподвижных контактодержател х установлены дугогасительные рога, которые вместе с контактами 5 расположены внутри дугога- сительных камер 12. Дп  магнитного га шени  дуги на камерах 12 могут быть установлены дополнительные ферромагнитные пластины, св занные с магнито- проводом 1.

В приводе 15 установлены контакт- нал пружина, защелки, электромагниты отключени  и включени . Во включенном положении выключател  (фиг. 1) контакты прижаты под действием контактной пружины, а электромагниты обес- точены. Возможен также вариант исполнени  привода с контактной и размыкающей контакты пружинами, электро

Q

j

. 5

0 5

0

магнитом ВКЛЮЧСМ1ИЯ и механизмом свободного расцеплени , с приводом 15 через шток 18 св зан расцепитель максимального тока, установленный на неподвижном контактодержателе 9. Неподвижный контактодержатель 8 св зан с выводным зажимом 14, Неподвижный контактодержатель 9 св зан через шИну, на которой расположен расцепитель 17 максимального тока, с основной обмоткой 2, расположенной на части магни- топровода 1.

Вывод основной обмотки 2 через участок шины, на.котором расположен датчик 20 тока, св зан с выводом 13 к выводам второго токопровода 4.присоединена через гибкие соединени  6 цепь, состо ща  из дополнительной обмотки 7, расположенной также на части магнитопровлда 1, и встречно параллельно включенных тиристоров 10 и 11, образующих симметричньй тиристор- ный ключ. Датчики 19 и 20 тока  вл ютс  пол рными, т.е. образуют на выходе сигнал при превышении током значени  уставки Iyer только при направлении тока, указанном стрелками на фиг. 3. Реле 21 и 22 времени, выполненные на стандартных логических эле ментах, при поступлении сигналов на их вход выдают импульсы через промежуток времени /Itg, которые поступают на цепи управлени  тиристоров 10 и 11.

Выключатель работает следующим образом .

Во включенном положении выключател  (фиг. 1 и 2) при номинальном режиме ток 1ц проходит по цепи: вывод 14, неподвижньй контактодержатель 8, контакты 5, первый токопровод 3, контакты 5 (на фиг. 1 закрыты дугогаси- тельной камерой), неподвижньй контактодержатель 9, датчик 19, основна  обмотка 2, датчик 20 тока, вывод 13. В магнитопроводе 1 под действием тока в витках основной обмотки 2 проходит магнитньй поток Ф, который в воздушном зазоре взаимодействи  с током 1, создает электромагнитную силу F

,„/-.1115 („,.,,,

где 1 - длина первого токопровода 3 в воздушном зазоре;

(f - величина воздушного зазора;

- число витков основной обмотки .

Величина нажати  контактной пружи-  ы пыПираетс  из услови 

Ь п, ,

где F. - необходимое по услови м на грева нажатие в контактах.

Поскольку ток 1ц меньше тока уставки I уст который выбираетс  больше тока максимальной перегрузки, то датчики 19 и 20 тока не выдают сигна- лов, тиристоры 10 и 11 заперты и через дополнительную обмотку 7 ток не проходит.

При возникновении в цепи нагрузки короткого замыкани  происходит рост тока i в цепи основной обмотки 2, магнитного потока Ф и электромагнитный силы F, действующей на первый токо- провод 3 (фиг. i) . При достижении силой значени  происходит размыка- ние контактов 5 и их движение вправо (по фиг, 1). Значени  тока трогани  i 1,, при котором , выбираютс  меньше I уст датчиков 20 и 21 тока. На участке времени магнитный поток ф увеличиваетс  пропорционально току i, и не ограничиваетс  дополнительной обмоткой 7, поскольку ЭДС,

наводима  в ней, не создает ток ij, так как тиристоры 10 и 11 заперты.

При достижении i значени  датчик 20 тока выдает сигнал на реле 22 времени, которое через промежуток времени t при , выдает им- . пульс на включение тиристора 10. Под действием ЭДС в дополнительной обмотке 7 через контур: тиристор 10, пер- вьй токопровод 3, второй токопровод 4, гибкие соединени  6, дополнительна  обмотка 7 при проходит ток i, значение которого может быть приближенно определено соотношением

1-1 1

..

Тогда в первом токопроводе 3 результирующий ток i будет равен;

i,.i,(1.).

Выбором соотношени  чисел витков w и Wj может быть достигнуто любое начальное превышение i- по сравнению с i. Вследствие индуктивного рассе ни  обмотки w увеличение i происходит (фиг.4) с конечной скоростью, а не скачком. После прекращени  импульса тока от реле 22 времени тиристор 10 остаетс  открытым.

Скорость роста магнитного потока ф при tyt меньше, поскольку ток i в обмотке W-J снижает общие ампео-витки , равные

Величина скорости изменении потока ф определ етс  уравнением

t где R.,

активное сопротивление обмотки W- гибких соединений и второго токопровода; R - активное сопротивление первого токопровода.

Отсюда видно, что в предельном случае при и поток Ф после t t, остаетс  неизменным и равным Ф.

Электромагнитна  сила F, пропори i,, поциональна  произведению ф

еле , увеличиваетс  с

1 большей скоs 0 5

0

5

0

5

ростью, чем рри ,, за счет увеличени  i.

Если бы включение тиристоров произошло при , то, так как начальный магнитный поток ф, равен нулю, при f O несмотр  на рост i и i скорость роста F была бы мала, поскольку при малых R- и R, рост Ф незначителен (крива  Fj , фиг.4). Увеличение R и R дл  попьшени  скорости роста невыгодно, так как при этом увеличиваютс  потери энергии, уменьшаетс  ток i.. и ускор етс  насьш;ение магнитопровода 1.

Движение подвижного контактодержа- тел  и увеличение зазора между контактами начинаетс  при . При .j начинаетс  насыщение магнитопровода, что приводит к уменьшению тока i, поскольку

где и ( - падение магнитного потенциала в магнитной системе.

При ток i- становитс  равным нулю , поскольку Uj, i,w,, и тиристор 10 запираетс . Если бы не было тиристора , то ток i.i, как в известном устройстве , изменил бы свое направление (показано пунктирной стрелкой, фиг.З) под действием падени  напр жени  на сопротивлени  К, что привело бы к уменьшению тока в первом токопроводе, так как , и, следовательно, к уменьшению силы F и увеличению времени размыкани  контактов.

При сила F пропорциональна произведению магнитного потока насыщени  и тока, т.е. продолжаетс  рост F.

Возникша  на контактах электрическа  дуга под действием магнитных полей от контактодержателей и от обмот0 .

5U

ки w переходит от контактов на дуго- гаситсльные рога и гаснет н дугогаси- тсльной камере 12 при t(:.

При превьнлении током значени  уставки расцепител  17 последний через шток 18 включает электромагнит отключени  (или освобождает размыкающую контакты пружину), что обеспечивает фиксадию контактов в отключенном состо нии и исключает возможность их приваривани  при.токах короткого замыкани , близких по величине к I уст- Величина тока уставки расцепител  Iyer. р. выбираетс  несколько большей, : чем i T-f, Аналогичный процесс происхо- Iдит при другом направлении тока, но ;при ЭТОМ срабатывают датчик 19, реле 21 и тиристор 11.

Выключатель можно также эффективно использовать дл  коммутации пере- :менного тока.

; В предлагаемом выключателе по срав нению с известным уменьшена масса по- |Движных частей, увеличен ток в цепи InepBoro и второго подвижных контакто- 1держателей, увеличена скорость роста :магнитного потока до включени  симг метричного ключа, исключен реверс то- ;ка в дополнительной обмотке после на- ;сыщени  магнитопровода, исключено ;протекание тока в дополнительной об- в номинальном режиме, что позвол ет ускорить размыкание контактов и благодар  этому уменьшить полный интеграл отключени , а также расширить область применени  выключател .

формула изобретени 

; Быстродействующий автоматический выключатель, содержащий магнитопро- вод с воздушным зазором и окном, основную обмотку, два вывода, два неподвижных контактодержател  с контакта- , подвижный контактодержатель с контактами и дугогасительные камеры, при26326

вод с контактной пружиной и расцепи- тель максимального тока, причем основна  обмотка расположена на магни- топроводе, указанный подвижный контактодержатель выполнен в виде двух параллельных токопроводов, один из которых расположен в воздушном зазоре магнитопровода, другой - в окне

0 магнитопровода, первый вывод выключател , первый неподвижный контактодержатель с контактом, подвижньв контактодержатель с контактами, второй неподвижный контактодержатель с кон5 тактами, выводы основной обмотки и второй, вывод выключател  соединены последовательно, о т л и ч а ю DI и й- с   тем, что, с целью улучшени  защитных характеристик выключател  пу0 тем снижени  полного интеграла отключени  и расширени  области применени , в него введены дополнительна  обмотка, симметричный тиристор- пыЯ ключ, два пол рных датчика тока

5 и два реле времени, причем дополнительна  обмотка также расположена на магнитопроводе, указанный токопро- вод в окне магнитопровода выполнен с разрывом в средней части и снабжен гибкими выводами, один из гибких выводов токопровода, выводы дополнительной обмотки, симметричный тирис- торнын ключ и другой гибкий вывод токопровода образуют последовательную цепь, дополнительна  обмотка по отнот шению к основной обмотке включена встречно, выход каждого из пол рньк датчиков тока подключен через одно из указанных реле времени к соответстQ .вующему управл ющему входу симметричного тиристорного ключа, так чтобы пол рность выходных сигналов, пол рных датчиков тока соответствовала включению симметричного ключа в направлении , совпадакмцем с пол рностью

0

5

5

напр жени , наводимого в дополнительной обмотке.

/

f2

/ijL 6

15

П

12

0иг.1

1

Шг1

Т

-О

we.2

tjf ty ij

OmtV(

Фи2Л

Claims (1)

1. формула изобретения

   Быстродействующий автоматический ⁴ выключатель, содержащий магнитопровод с воздушным зазором и окном, основную обмотку, два вывода, два неподвижных контактодержателя с контактами, подвижный контактодержатель с контактами и дугогасительные камеры, при вод с контактной пружиной и расцепитель максимального тока, причем основная обмотка расположена на магнитопроводе, указанный подвижный контактодержатель выполнен в виде двух параллельных токопроводов, один из которых расположен в воздушном зазоре магнитопровода, другой - в окне магнитопровода, первый вывод выключателя, первый неподвижный контактодержатель с контактом, подвижный контактодержатель с контактами, второй неподвижный контактодержатель с контактами, выводы основной обмотки и второй· вывод выключателя соединены последовательно, отличающий* с я тем, что, с целью улучшения защитных характеристик выключателя путем снижения полного интеграла отключения и расширения области применения, в него введены дополнительная обмотка, симметричный тиристорный ключ, два полярных датчика тока и два реле времени, причем дополнительная обмотка также расположена на магнитопроводе, указанный токопровод в окне магнитопровода выполнен с разрывом в средней части и снабжен гибкими выводами, один из гибких выводов токопровода, выводы дополнительной обмотки, симметричный тиристорный ключ и другой гибкий вывод токопровода образуют последовательную цепь, дополнительная обмотка по отно-: шению к основной обмотке включена встречно, выход каждого из полярных датчиков тока подключен через одно из указанных реле времени к соответствующему управляющему входу симметричного тиристорного ключа, так чтобы полярность выходных сигналов, полярных датчиков тока соответствовала включению симметричного ключа в направлении, совпадающем с полярностью напряжения, наводимого в дополнительной обмотке.

   Фи2. 4