Низковольтный многополюсный сильноточный вакуумный выключатель

Низковольтный многополюсный сильноточный вакуумный выключатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к низковольтным и высоковольтным аппаратам и может найти применение в вакуумных автоматических выключателях.

Известно техническое решение, в котором низковольтный многополюсный сильноточный вакуумный выключатель содержит корпус, преимущественно три вакуумные дугогасящие камеры, расположенные в одной плоскости, пружины поджатия, включающий электромагнит с толкателем, отключающий электромагнит, отключающую пружину, подпружиненную защелку, вал с жестко связанными с ним рычагами для крепления штоков подвижных контактов вакуумных дугогасящих камер, рычажную передачу, содержащую пружину, и механизм свободного расцепления (Патент России №2081468, МПК Н 01 H 33/66, приоритет от 12.07.1994 г.). В известном техническом решении расположение рычажной передачи и механизма свободного расцепления поперек плоскости расположения дугогасительных камер приводит к пустым, незаполненным пространствам выше электромагнита включения и с боков от него и элементов привода. Габариты привода низковольтных выключателей определяются, в основном, компоновкой его деталей и становятся существенным фактором для расширения возможности его применения и, следовательно, необходимо наиболее рационально использовать объем выключателя. Известное техническое решение не может обеспечить возможность отключения сильноточной цепи на этапе включения при срабатывании какой-либо из защит, что является необходимым качеством для автоматического выключателя. В известном техническом решении количество передаточных звеньев рычажно-шарнирного привода от контактного вала до защелки мало, следовательно, угол между продольной осью звена, взаимодействующего с защелкой, и упорной поверхностью защелки должен быть также мал для того, чтобы передаваемые усилия на отключающий рычаг были достаточно невеликими для нормальной работы электромагнита отключения. Но при таких условиях чрезвычайно высокой должна быть точность выдерживания размера этого угла, т.к. малейшие его изменения вызывают значительные изменения усилий, передаваемых от контактных пружин и пружины отключения на отключающий рычаг, что сильно влияет на время срабатывания выключателя. При реальных значениях усилий контактных и отключающих пружин схема практически неработоспособна.

Известен привод вакуумного выключателя, который содержит включающий электромагнит с толкателем, отключающий электромагнит, отключающую пружину, подпружиненную защелку, вал с жестко связанными с ним рычагами, рычажную передачу, содержащую пружину, и механизм свободного расцепления. В этом устройстве рычажная передача выполнена в виде трехступенчатой системы двуплечих рычагов, соединенных промежуточным звеном, а механизм свободного расцепления выполнен в виде трехступенчатой системы рычагов, две ступени из которых выполнены в виде "ломающихся" звеньев (а.с. СССР №518816, МПК Н 01 Н 33/66, опубликовано 25.06.76 г.). В известном техническом решении способом воздействия на механизм свободного расцепления является изламывание звеньев до положения, по крайней мере, прямой линии. Очевидно, что усилия, необходимые для этого будут иметь максимальное значение в начальный момент изламывания звеньев, а затем падать почти до нуля при нахождении рычагов на одной прямой. Тяговая характеристика электромагнитов имеет обратную зависимость, а именно, максимальное усилие создается в конце хода якоря. Поэтому в данном техническом решении применено значительное редуцирование усилий за счет использования большого количества передаточных звеньев. Рычажная передача содержит большое количество деталей, которые к тому же расположены поперек плоскости расположения дугогасительных камер, что увеличивает габариты выключателя и снижает возможность его применения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является техническое решение, в котором низковольтный многополюсный сильноточный вакуумный выключатель содержит корпус, преимущественно три вакуумные дугогасящие камеры, расположенные в одной плоскости, пружины поджатия, включающий электромагнит с толкателем, отключающий электромагнит, отключающую пружину, подпружиненную защелку, вал с жестко связанными с ним рычагами для крепления штоков подвижных контактов вакуумных дугогасящих камер, рычажную передачу, содержащую пружину, и механизм свободного расцепления ( Патент России №2145746, МПК Н 01 Н 33/66, приоритет от 24.06.1998 г.). В известном техническом решении вакуумные камеры, рычажный привод и электромагнит включения расположены вдоль осей вакуумных камер, а механизм свободного расцепления - поперек плоскости расположения вакуумных камер. Такое техническое решение уменьшает габариты аппарата в ширину, зато значительно увеличивает габариты в высоту, что существенно снижает область применения такого выключателя.

Целью изобретения является уменьшение габаритов выключателя при расширении его функциональных возможностей и повышении надежности и быстродействия.

Для этого в низковольтном многополюсном сильноточном вакуумном выключателе, содержащем корпус, преимущественно три вакуумные дугогасящие камеры, расположенные в одной плоскости, пружины поджатия, включающем электромагнит с толкателем, отключающий электромагнит, отключающую пружину, подпружиненную защелку, вал с жестко связанными с ним рычагами для крепления штоков подвижных контактов вакуумных дугогасящих камер, рычажную передачу, содержащую пружину, и механизм свободного расцепления, рычажная передача выполнена в виде пространственного шарнирно-рычажного механизма, первым звеном которого является жестко связанный с валом рычаг, к концу которого на оси крепится шатун, другая ось шатуна перпендикулярна первой оси и связывает шатун с остальными звеньями, расположенными в одной плоскости; в этой же плоскости расположены механизм свободного расцепления и ось включающего электромагнита, эта плоскость параллельна плоскости расположения вакуумных камер и находится спереди них; плоская часть рычажной передачи состоит из рычага второго рода, короткое плечо которого посредством оси связано с шатуном, а длинное плечо соединено со звеном, второй конец которого соединен шарнирно с механизмом свободного расцепления, подпружиненная защелка снабжена двумя взаимо перпендикулярными уступами и расположена так, что во включенном положении выключателя упомянутый шарнир упирается в один из уступов, причем этот уступ параллелен торцу толкателя включающего электромагнита, а ось звена составляет с ним острый угол, а механизм свободного расцепления состоит из отключающего рычага, звена, шарнирно соединенного с рычажной передачей, валика, имеющего паз, установленного с возможностью поворота и снабженного стержнем и регулятора усилий, причем стержень валика связан с якорем электромагнита отключения, пружиной и регулятором усилий, отключающий рычаг установлен с возможностью опоры на валик и с возможностью прохождения через паз валика, который имеет ширину не менее толщины рычага и глубину, обеспечивающую при повороте валика поворот рычага и прохождение рычага через паз, рычаг второго рода и звено шарнирно-рычажного механизма, с которым этот рычаг сочленяется, в месте сочленения выполнены как пара вилок, одна из которых охватывающая, а другая охватываемая, соединяющиеся осью, пружина шарнирно-рычажного механизма выполнена как пружина кручения и размещена в полости охватываемой вилки и охватывает ось, соединяющую рычаг второго рода и звено шарнирно-рычажного механизма, один рабочий упор пружины опирается на рычаг второго рода, а другой на звено шарнирно-рычажного механизма, рычаг второго рода имеет в месте сочленения с шатуном прорезь, в которой размещен на оси шатун.

На фиг.1 изображена кинематическая схема выключателя, для наглядности рычаг, соединяющий вал с шатуном изображен с разрывом.

На фиг.2 изображена плоская часть шарнирно-рычажной передачи и механизм свободного расцепления во включенном положении (стрелками показано направление поворота защелки).

На фиг.3 изображено то же, в отключенном положении (стрелками показано направление поворота отключающего рычага).

На фиг.4 - то же, при отключении выключателя в процессе включения.

На фиг.5 изображено положение пружины кручения в сочленении рычага второго рода и звена в развернутом состоянии и крепление шатуна в прорези рычага второго рода.

На фиг.6 изображен вид сверху на валик с пазом.

На фиг.7 изображен шатун и его составные части.

Низковольтный многополюсный сильноточный вакуумный выключатель содержит три расположенные в одной плоскости вакуумные дугогасительные камеры 1, пружины поджатия 2, штоки 3 подвижных контактов, которые крепятся к жестко соединенным с валом 7 рычагами 4, 5 и 6, рычаги 4 и 5 выполнены двуплечими, отключающую пружину 8, связанную с рычагом 4, электромагнит включения 9 с толкателем 10, защелку 11 с пружиной 12, имеющую уступ 13, параллельный торцу толкателя 10, и уступ 14, перпендикулярный ему, рычажная передача выполнена в виде пространственного шарнирно-рычажного механизма и состоит из жестко связанного с валом 7 двуплечего рычага 5, шатуна 15, оси которого 16 и 17 взаимно перпендикулярны, рычага второго рода 18, звена 19, пружины кручения 20, охватывающей ось 21 и расположенной внутри полости рычага второго рода 18, который вставлен в полость звена 19, а механизм свободного расцепления связан с электромагнитом отключения 22 и состоит из отключающего рычага 23, звена 24, которое шарниром 25 соединено со звеном 19 рычажной передачи, валика 26 со стержнем 27, пружины 28 и регулятора 29, причем электромагнит включения, звенья и рычаги 18, 19, 23, 24 и валик 26, составляющие плоскую часть шарнирно-рычажного механизма, и механизм свободного расцепления расположены в одной плоскости, параллельной плоскости расположения вакуумных камер и перпендикулярной плоскости движения рычага 5.

Выключатель работает следующим образом.

При включении выключателя толкатель 10 электромагнита включения 9 толкает шарнирное соединение 25 вниз. Под действием этого отключающий рычаг 23 прижимается к валику 26, а звено 19 передает движение рычагу второго рода 18 и через шатун 15 и связанные с валом 7 рычаги 4, 5 и 6 осуществляется перемещение подвижных контактов вакуумных камер 1 в сторону включения. После полного включения контактов, когда пружины поджатия 2 обеспечивают необходимое усилие, шарнирное соединение 25 оказывается на уровне уступа 13 защелки 11. Под действием пружины 12 защелка 11 поворачивается по часовой стрелке до соприкосновения уступа 14 с шарнирным соединением 25. После снятия напряжения с электромагнита включения 9 его толкатель 10 поднимается вверх и шарнирное соединение 25 оказывается зафиксированным уступами 13 и 14 защелки 11. Процесс включения закончен.

Рассмотрим процесс отключения из положения, когда выключатель включен. Шатун 15 воспринимает усилия от отключающей пружины 8 и пружин поджатия 2 и передает их на рычаг второго рода 18, который их редуцирует и передает через звенья 19 и 24 на отключающий рычаг 23, стремясь повернуть его против часовой стрелки. При этом защелка 11 воспринимает всю вертикальную составляющую усилия, передаваемого звеном 19, обеспечивая тем самым еще одну ступень редуцирования усилий. При отключении выключателя включается электромагнит отключения 22 и поворачивает валик 26 так, что отключающий рычаг 23 выходит из зацепления с ним, поворачивается против часовой стрелки, проходя сквозь зацепления с ним, поворачивается против часовой стрелки, проходя сквозь паз в валике, и обеспечивает движение всего рычажного механизма. Шарнирное соединение 25 скользит по уступу 13 подпружиненной защелки 11 влево и, выйдя за его пределы, лишает упора рычажную систему, которая под действием отключающей пружины 8 перемещается вверх, что приводит к перемещению подвижных контактов вакуумных камер 1 и размыканию сильноточной цепи. Одновременно звено 19 под действием пружины кручения 20 поворачивается по часовой стрелке вокруг подвижной оси 21 до упора шарнира 25 в боковой вырез защелки 11. При этом отключающий рычаг 23 поворачивается по часовой стрелке, проходя сквозь паз валика 26, и возвращается в исходное положение. После снятия напряжения с отключающего электромагнита 22, валик 26 под действием пружины 28 возвращается в исходное положение. Процесс отключения закончен.

Если в процессе включения срабатывает одна из защит сильноточной цепи, то процесс отключения начинается до завершения процесса включения. При включенном электромагните включения подается напряжение на отключающий электромагнит 22 и в результате поворота валика 26 отключающий рычаг 23 освобождает всю рычажную систему, шарнирное соединение 25 скользит по толкателю 10 влево и, выйдя за его пределы, лишает упора рычажную систему. Далее процесс идет так же, как и при отключении из включенного положения.

Выполнение рычажной передачи в виде пространственного шарнирно-рычажного механизма, почти все звенья которого расположены в одной плоскости, параллельной плоскости расположения вакуумных дугогасительных камер, а остальные звенья обеспечивают разворот механизма в эту плоскость, необходимый для редуцирования и передачи усилий и уменьшения габаритных размеров устройства при сохранении его надежности и быстродействия. Шатун со взаимо перпендикулярными осями необходим для обеспечения разворота плоской части механизма и передачи усилий. Шарнирные подшипники скольжения необходимы для снятия нагрузок, выворачивающих оси шатуна. Размещение электромагнита включения и механизма свободного расцепления в плоскости расположения плоской части пространственного шарнирно-рычажного механизма необходимо для увеличения плотности заполнения пространства внутри выключателя и, следовательно, уменьшения его габаритных размеров. Выполнение пружины рычажного механизма в виде пружины кручения и размещение ее внутри полости рычага, размещенного внутри полости звена, также позволяет уменьшить габаритные размеры выключателя. Выполнение уступа защелки параллельным торцу толкателя включающего электромагнита и наклон звена 19 под острым углом к торцу толкателя необходимо для повышения надежности срабатывания при отключении выключателя из любого положения. Поскольку поверхность упора на подпружиненной защелке и торец толкателя выполнены параллельно друг другу, то нет принципиальных отличий в передаче усилий на отключающий рычаг при замене поверхности упора поверхностью толкателя. Поэтому в случае необходимости отключения в процессе включения при повороте валика отключающий рычаг будет освобождать всю рычажную систему так же, как при отключении из включенного положения.

Выполнение механизма свободного расцепления в виде отключающего рычага и валика с пазом при простоте конструкции и малых габаритах обеспечивает, при необходимости, возможность отключения выключателя уже в процессе включения, а также стабильную, легко регулируемую величину усилия зацепления и, как следствие, стабильное время отключения выключателя, а значит и высокую надежность его работы при отключении из любого положения. Общее редуцирование усилий, обеспечиваемое в предлагаемом пространственном шарнирно-рычажном механизме и механизме свободного расцепления, достаточно для работы маломощного электромагнита отключения, что также уменьшает габаритные размеры выключателя.

1. Низковольтный многополюсный сильноточный вакуумный выключатель, содержащий корпус, преимущественно три вакуумные дугогасящие камеры, расположенные в одной плоскости, пружины поджатия, включающий электромагнит с толкателем, отключающий электромагнит, отключающую пружину, подпружиненную защелку, вал с жестко связанными с ним рычагами для крепления штоков подвижных контактов вакуумных дугогасящих камер, рычажную передачу, содержащую пружину, и механизм свободного расцепления, отличающийся тем, что рычажная передача выполнена в виде пространственного шарнирно-рычажного механизма, первым звеном которого является жестко связанный с валом рычаг, к концу которого на оси крепится шатун, другая ось шатуна перпендикулярна первой оси и связывает шатун с остальными звеньями, расположенными в одной плоскости, в этой же плоскости расположены механизм свободного расцепления и ось включающего электромагнита, эта плоскость параллельна плоскости расположения вакуумных камер и находится впереди них.

2. Низковольтный многополюсный сильноточный вакуумный выключатель по п.1, отличающийся тем, что шатун выполнен сварным и состоит из двух плоских пластин, у которых по крайней мере одна имеет в центре паз и оси шатуна установлены в шарнирные подшипники скольжения.

3. Низковольтный многополюсный сильноточный вакуумный выключатель, содержащий корпус, преимущественно три вакуумные дугогасящие камеры, расположенные в одной плоскости, пружины поджатия, включающий электромагнит с толкателем, отключающий электромагнит, отключающую пружину, подпружиненную защелку, вал с жестко связанными с ним рычагами для крепления штоков подвижных контактов вакуумных дугогасящих камер, рычажную передачу, содержащую пружину, и механизм свободного расцепления, отличающийся тем, что плоская часть рычажной передачи состоит из рычага второго рода, короткое плечо которого посредством оси связано с шатуном, а длинное плечо соединено со звеном, второй конец которого соединен шарнирно с механизмом свободного расцепления, подпружиненная защелка снабжена двумя взаимо перпендикулярными уступами и расположена так, что во включенном положении выключателя упомянутый шарнир упирается в один из уступов, причем этот уступ параллелен торцу толкателя включающего электромагнита, а ось звена составляет с ним острый угол.

4. Низковольтный многополюсный сильноточный вакуумный выключатель по п.3, отличающийся тем, что рычаг второго рода и звено шарнирно-рычажного механизма, с которым он сочленяется, выполнены как пара вилок, одна из которых охватывающая, а другая охватываемая и соединяются осью, пружина шарнирно-рычажного механизма выполнена как пружина кручения и размещена в полости охватываемой вилки и охватывает ось, соединяющую рычаг второго рода и звено шарнирно-рычажного механизма, один рабочий упор пружины опирается на рычаг второго рода, а другой на звено шарнирно-рычажного механизма, рычаг второго рода имеет в месте сочленения с шатуном паз, в котором размещен на оси шатун.

5. Низковольтный многополюсный сильноточный вакуумный выключатель, содержащий корпус, преимущественно три вакуумные дугогасящие камеры, расположенные в одной плоскости, пружины поджатия, включающий электромагнит с толкателем, отключающий электромагнит, отключающую пружину, подпружиненную защелку, вал с жестко связанными с ним рычагами для крепления штоков подвижных контактов вакуумных дугогасящих камер, рычажную передачу, содержащую пружину, и механизм свободного расцепления, отличающийся тем, что механизм свободного расцепления состоит из отключающего рычага, звена, шарнирно соединенного с рычажной передачей, валика, имеющего паз, установленного с возможностью поворота и снабженного стержнем, причем стержень валика связан с якорем электромагнита отключения и пружиной, отключающий рычаг установлен с возможностью опоры на валик и с возможностью прохождения через паз валика, паз валика имеет ширину не менее толщины рычага и глубину, обеспечивающую при повороте валика поворот рычага и прохождение рычага через паз.

6. Низковольтный многополюсный сильноточный вакуумный выключатель по п.5, отличающийся тем, что механизм свободного расцепления имеет регулятор усилий, выполненный в виде винта, установленного с возможностью упора в стержень валика.