НАГРУЗОЧНЫЙ СЕЛЕКТОР Российский патент 2004 года по МПК H01H9/00 

Изобретение относится к нагрузочному селектору для трансформаторов со ступенчатым регулированием напряжения согласно ограничительной части формулы изобретения.

Подобные нагрузочные селекторы уже известны из DE 3833126 С2.

Нагрузочные селекторы в трансформаторах служат для переключения отводов регулировочных обмоток трансформаторов под напряжением и тем самым для целенаправленного выравнивания изменений напряжения. Вследствие отказа от общепринятого разделения селектора и переключателя нагрузки нагрузочные селекторы можно изготавливать и применять с меньшими затратами. В процессе переключения в нагрузочном селекторе на различных контактах возникают электрические дуги. Во избежание этого в вышеуказанном DE 3833126 С2 предложен нагрузочный селектор, в котором в каждой включаемой фазе на контактодержателе предусмотрены два поворачивающихся одновременно друг с другом подвижных контакта, причем к каждому из обоих подвижных механических переключающих контактов последовательно присоединено по одной вакуумной переключающей ячейке, установленной также на контактодержателе. Включаемые поворотными механическими переключающими контактами неподвижные ступенчатые контакты нагрузочного селектора установлены по концентрической окружности в стенке изоляционного цилиндра. Вакуумные переключающие ячейки установлены на контактодержателе в горизонтальном положении и управляются или приводятся в действие размещенной на другой концентрической окружности кулачковой дорожкой, которая установлена в аксиальном направлении между окружностью неподвижных ступенчатых контактов и дополнительным контактным кольцом.

Данный известный нагрузочный селектор имеет несколько недостатков. Во-первых, вследствие горизонтального положения вакуумных переключающих ячеек на общем контактодержателе создается нежелательно большой диаметр изоляционного цилиндра и тем самым нагрузочного селектора. Вакуумные переключающие ячейки имеют в зависимости от их коммутационной способности определенные минимальные габаритные размеры, в частности, также значительную длину. Кроме того, в продольном направлении из вакуумной переключающей ячейки выступают еще толкатели. Поэтому очевидно, что общий контактодержатель должен иметь радиальные размеры, зависящие от габаритных размеров вакуумной переключающей ячейки и средств приведения в действие, которые в целом определяют диаметр нагрузочного селектора. Не считая эти общие проблемы габаритных размеров, особый недостаток при горизонтальной конструкции вакуумных переключающих ячеек согласно уровню техники заключается в том, что при заполнении нагрузочного селектора маслом на верхних сгибах сильфонов вакуумных ячеек остается воздух, который неполностью вытесняется маслом. Это приводит к тому, что при приведении в действие вакуумной переключающей ячейки создается неравномерная нагрузка на соответствующий сильфон вакуумной ячейки, вследствие чего имеется опасность его разрушения. Такое нахождение остаточного воздуха на участке сильфона вакуумной ячейки можно надежно исключить при горизонтальном положении только путем заполнения нагрузочного селектора в вакууме, однако такое наполнение под вакуумом по данным проведенных проверок не осуществимо на месте или осуществимо только с неприемлемо высокими затратами. Кроме того, следует учитывать, что нагрузочные селекторы в целом, как правило, имеют большие аксиальные продольные габариты, то есть значительную габаритную высоту. Неподвижные ступенчатые контакты отдельных включаемых фаз установлены друг над другом по окружности средства для приведения в действие вращающегося переключающего вала внутри нагрузочного селектора, на котором находятся контактодержатели каждой фазы, в головной части нагрузочного селектора, а также средства для размещения этого переключающего вала в нижней части нагрузочного селектора также требуют место, так что в целом, как пояснено, нагрузочный селектор имеет повышенные продольные размеры. Следствием этого является то, что переключающий вал имеет довольно большую длину в его внутренней части. Такие переключающие валы изготавливают обычно из стеклопластика или другого изоляционного материала, разумеется, уже предлагались также и металлические переключающие валы. Контактодержатели в известных нагрузочных селекторах крепятся на переключающем валу посредством крепежных винтов.

В DE 4414941 описан другой вариант стационарного крепления контактодержателя на переключающем валу с помощью зажимного фланца. По причине допусков, различных коэффициентов теплового расширения масляного резервуара и сектора переключателя, изгибов и др. в известных нагрузочных селекторах могут возникнуть проблемы при взаимодействии установленных на отдельных контактодержателях элементов конструкции, в частности вакуумных переключающих ячеек, с установленными по окружности средствами приведения в действие, особенно потому, что толкатели вакуумных переключающих ячеек обычно имеют только относительно небольшой линейный путь воздействия.

Задачей изобретения является устранение этих недостатков и создание нагрузочного селектора соответствующего типа, позволяющего осуществлять компактную установку вакуумных переключающих ячеек и их безопасное и надежное управление при всех режимах работы.

Поставленная задача решается с помощью нагрузочного селектора для трансформаторов со ступенчатым регулированием напряжения для непрерывного переключения между отводами регулировочной обмотки трансформатора со ступенчатым регулированием напряжения, причем нагрузочный селектор имеет изоляционный цилиндр в качестве корпуса, неподвижные ступенчатые контакты, электрически соединенные с отводами, размещены внутри изоляционного цилиндра по окружности в отдельной для каждой фазы горизонтальной плоскости, в центре изоляционного цилиндра находится вращающийся переключающий вал, имеющий для неподвижных ступенчатых контактов каждой фазы также вращающийся контактодержатель, каждый из контактодержателей имеет, по меньшей мере, два механических контакта, выполненных с возможностью контактирования с неподвижными ступенчатыми контактами соответствующей горизонтальной плоскости, причем, по меньшей мере, один из контактов на каждом контактодержателе непосредственно электрически соединен с первой вакуумной переключающей ячейкой и, по меньшей мере, один следующий из контактов на каждом контактодержателе электрически соединен через промежуточный резистор со второй вакуумной переключающей ячейкой, при этом соответственно другая сторона обеих вакуумных переключающих ячеек на каждом контактодержателе электрически соединена соответственно с одним отводом нагрузки. Согласно изобретению все контактодержатели установлены подвижно на переключающем валу независимо друг от друга и соответственно обе вакуумные переключающие ячейки установлены вертикально на соответствующем контактодержателе таким образом, что их толкатели расположены в основном в аксиальном направлении.

В нагрузочном селекторе в соответствии с изобретением вакуумные переключающие ячейки установлены на контактодержателях в вертикальном положении. Контактодержатели имеют скользящие контакты, они проходят точно по роликам в отводящем кольце. Вакуумные регулировочные обмотки управляются кулачками в этом отводящем кольце. Ножевые скользящие контакты, которые установлены в контактодержателе, отводят ток по отводящему кольцу.

Другие ножевые скользящие контакты на контактодержателе обеспечивают подачу тока. Согласно следующему признаку изобретения контактодержатели установлены каждый с возможностью перемещения на переключающем валу.

Особое преимущество нагрузочного селектора в соответствии с изобретением заключается, наряду с небольшими габаритными размерами, в том, что все усилия для приведения в действие вакуумных переключающих ячеек, а также усилия контактов имеют опору в аксиальном направлении на устойчивый масляный резервуар через отводящее кольцо и неподвижные контакты. За счет этого предотвращается радиальная нагрузка на стержни переключателя, в частности их прогиб и вытекающее из этого изменение продолжительности управления вакуумными переключающими ячейками и уменьшение усилий контактов. За счет установленного с возможностью вращения или аксиального перемещения контактодержателя, который проходит в аксиальном направлении через отводящее кольцо, обеспечивается процесс переключения и при изменении высоты по причине допусков и разных коэффициентов теплового расширения масляных резервуаров и стержня переключателя.

Изобретение поясняется подробнее ниже в виде примера с помощью чертежей, которые показывают:
Фиг. 1 - первый вариант выполнения нагрузочного селектора в соответствии с изобретением с частичным разрезом, вид сбоку.

Фиг. 2 - часть контактодержателя данного нагрузочного селектора в разрезе, вид сверху.

Фиг. 3 - второй вариант выполнения нагрузочного селектора в соответствии с изобретением с частичным разрезом, вид сбоку.

Фиг. 4 - схематическое изображение схемы, положенной в основу нагрузочного селектора в соответствии с изобретением.

Фиг.5 - та же модифицированная схема.

Фиг.6 - типичная частота переключений нагрузочного селектора в соответствии с изобретением.

Изображенный на фиг.1 нагрузочный селектор показывает вариант выполнения изобретения с установленным на переключающем валу 2 с возможностью вращения контактодержателем 3 и установленными на нем вертикально вакуумными переключающими ячейками 27, 28.

Нагрузочный селектор состоит из изоляционного цилиндра 1, причем по центру и проходя вдоль через изоляционный цилиндр 1, установлен переключающий вал 2, предпочтительно из изоляционного материала. Включающий вал 2 выполнен известным способом с возможностью вращения; обычно для этого служат мальтийские приводы, которые не изображены. Также неполностью изображена опора переключающего вала 2 в нижней части изоляционного цилиндра 1. На переключающем валу 2 закреплен в каждой плоскости приводимых в действие неподвижных ступенчатых контактов 16, которые будут пояснены ниже подробнее, контактодержатель 3, установленный с возможностью поворота в кронштейне 4 подшипника на переключающем валу 2. Кронштейн 4 подшипника закреплен винтами 4.1, 4.2 на переключающем валу 2. Контактодержатель 3 состоит из опоры 5, опорного корпуса 6 и корпуса 7 контактов. Отдельные составные части контактодержателя 3 соединены между собой винтами 8, 9. Со своей стороны корпус 7 контактов состоит в показанном примере выполнения из верхней части 10 корпуса контакта и нижней части 11 корпуса контакта; обе части также соединены между собой винтами 12. Корпус 7 контактов может быть также выполнен цельным. Опора 5 имеет опорный участок 13, в который введен болт 14, который обеспечивает соединение с кронштейном 4 подшипника и тем самым вращательное движение. Болт 14 зафиксирован поперечным штифтом 15. В целом за счет этого весь контактодержатель 3 как узел в сборе имеет возможность поворота вокруг болта 14 и тем самым относительно неподвижного переключающего вала 2. В стенке изоляционного цилиндра 1 для каждой из включаемых фаз в отдельной плоскости установлены неподвижные контакты 16, находящиеся в электрическом соединении с отводами регулировочной обмотки трансформатора со ступенчатым регулированием напряжения, который необходимо переключать. Неподвижные ступенчатые контакты 16 включаются через соответствующие контакты 17, 18. Контакты 17, 18 установлены на контактодержателе в горизонтальном направлении рядом друг с другом таким образом, что при повороте переключающего вала 2 и тем самым контактодержателя 3 соответственно один из контактов 17, 18 доходит до соседнего нового неподвижного ступенчатого контакта 16 до того, как другой из этих контактов отойдет от прежнего неподвижного ступенчатого контакта. Контакт 17 действует при этом как переключающий контакт, другой контакт 18 как вспомогательный контакт.

На фиг.2 показано размещение обоих контактов 17, 18 сверху рядом друг с другом на контактодержателе 3 и взаимодействие с соответствующим неподвижным ступенчатым контактом 16. В изображенном на фиг.2 варианте выполнения контакт 17, действующий как переключающий контакт, для возможно наибольшей токовой несущей способности выполнен сдвоенным, то есть состоящим из двух электрически соединенных между собой частей 17а, 17b. Каждый из контактов 17, 18 состоит из верхней части 17.1, 18.1, а также нижней части 17.2, 18.2 контакта. В изображенном на фиг.2 особом варианте выполнения контакт 17 состоит тем самым в целом из 4 частей, а именно двух верхних частей 17.la и 17.1b контакта и двух нижних частей 17.2а и 17.2b контакта. Сдвоенное выполнение контакта 17, действующего как переключающий контакт, целесообразно для различных вариантов выполнения, но для изобретения не требуется. Как верхние части 17.1, 18.1, так и нижние части 17.2, 18.2 каждого из обоих контактов 17,18 установлены каждый с возможностью вращения вокруг раздельных центров вращения 19, 20, 21, 22 на корпусе 7 контактов. Пружинами 23, 24, 25, 26 они прижимаются друг к другу в направлении к находящемуся между ними во включенном состоянии неподвижному ступенчатому контакту 16.

Каждая верхняя часть 17.1, 18.1 контакта и каждая другая соответствующая часть 17.2, 18.2 контакта прижимают с определенным усилием с обеих сторон соответствующий включенный неподвижный ступенчатый контакт 16. За счет описанного расположения вокруг отдельных центров вращения 19, 20, 21, 22 возможно набегание на неподвижные ступенчатые контакты 16. На фиг.1 и 2 видны только части контакта, центры вращения и пружины, расположенные в направлении взгляда спереди и сверху. Далее на каждом контактодержателе 3 соответственно верхними и нижними крепежными хомутиками 29, 30, 31, 32 закреплены две вакуумные переключающие ячейки 27, 28 таким образом, что сильфон 33, 34 и толкатели 35, 36 вакуумных переключающих ячеек 27, 28 доходят до верхней части. Также из описанных на фиг.1 деталей видны только детали, находящиеся спереди. Для приведения в действие толкателей 35, 36 вакуумных переключающих ячеек 27, 28 служат два рычага 37, 38, имеющие каждый на свободном конце ось 41, 42 ролика с управляющим роликом 39, 40. На своих других свободных концах они действуют на вышеописанные толкатели 35, 36. Оба рычага 37, 38 установлены с возможностью вращения вокруг центров вращения 43, 44; можно также предусмотреть общий центр вращения. Со своей стороны управляющие ролики 39, 40 обоих рычагов 37, 38 взаимодействуют с управляющим кольцом 45, имеющим верхний управляющий контур 46 и нижний управляющий контур 47. Управляющее кольцо 45 проходит радиально по внутренней стенке изоляционного цилиндра 1. На фиг.1 видно, что первый управляющий ролик 39 взаимодействует с нижним управляющим контуром 47, то есть прокатывается по нему и таким же образом второй управляющий ролик 40 прокатывается по верхнему управляющему кулачку 46. Оба управляющих кулачка 46, 47 служат тем самым для приведения в действие вакуумных переключающих контактов 27, 28, в то время как при набегании соответствующего управляющего ролика 39, 40 на кулачок соответствующий рычаг 37, 38 поворачивается вокруг центра вращения 43, 44 и тем самым приводит в действие соответствующий рычаг 35, 36 вакуумной переключающей ячейки 27, 28.

Далее на внутренней стороне изоляционного цилиндра 1 находится отводящее контактное кольцо 48, имеющее ведущий наружу присоединительный элемент 49 и служащее для отвода нагрузки. Простейшим способом можно объединить управляющее кольцо 45 и отводящее контактное кольцо 48 в один узел из проводящего материала, как это показано на фиг.1. Со своей стороны, отводящее контактное кольцо 48 взаимодействует также с механическим отводящим контактом 50, установленным на контактодержателе 3 и подобно вышеописанным контактам 17, 18, состоит из верхней части 50.1 и нижней части 50.2 отводящего контакта. Обе эти части 50.1, 50.2 отводящего контакта установлены аналогично раздельно с возможностью вращения вокруг центров вращения 53, 54 и прижимаются другими пружинами 51, 52 друг к другу таким образом, что они с определенным усилием охватывают отводящее контактное кольцо 48.

Наконец, контактодержатель 3 имеет еще два ролика 55, 56, которые прокатываются с обеих сторон по отводящему контактному кольцу 48 и тем самым ведут весь контактодержатель 3. За счет описанного расположения можно компенсировать допуски любого рода и, в частности, прогиб включающего вала большой длины. Установленные с возможностью поворота вокруг переключающего вала 2 контактодержатели 3 в любом случае направляются определенно через отводящее контактное кольцо 48, поэтому несмотря на описанные допуски осуществляется точное управление регулирующими роликами 39, 40 и тем самым приведение в действие вакуумных переключающих ячеек 27, 28 несмотря на их небольшие пути управления.

На фиг.3 показан следующий вариант выполнения нагрузочного селектора согласно изобретению. При этом в отличие от поясненного выше примера контактодержатель 103 установлен не с возможностью вращения, а с возможностью продольного перемещения. Внутри изоляционного цилиндра 101 также находится установленный по центру переключающий вал 102, на котором установлен перемещающийся в продольном направлении контактодержатель 103. Продольное перемещение обеспечивается посредством направляющей 104. И в данном случае две вакуумные переключающие ячейки, из которых изображена только передняя вакуумная переключающая ячейка 105, установлены вертикально. В каждой плоскости также находятся неподвижные ступенчатые контакты 106 по окружности в стенке изоляционного цилиндра 101, они включаются также от переключающего контакта и вспомогательного контакта, у которого на фиг.3 изображена только верхняя часть 107.1 и соответствующая ей нижняя часть 107.2 контакта. Подобным же образом также внутри изоляционного цилиндра 101 находится отводящее контактное кольцо 108, которое окружено отводящим контактом, состоящим также из верхней части 109.1 и нижней части 109.2 отводящего контакта. Направление контактодержателя в сборе осуществляется в данном случае роликом 110, который движется в контуре отводящего контактного кольца 108. Управление вакуумными переключающими ячейками осуществляется также двумя рычагами 115, 116, имеющими каждый на своих свободных концах управляющие ролики 113, 114, также прокатывающиеся по нижнему управляющему контуру 111 или верхнему управляющему контуру 112 и тем самым приводящие в действие толкатели вакуумных переключающих ячеек, из которых показан только толкатель 117 передней по направлению взгляда вакуумной переключающей ячейки 105.

На фиг. 4 схематически изображена схема, реализуемая нагрузочным селектором согласно изобретению. Электрические соединения между контактами 17, 18 с вакуумными переключающими ячейками 27, 28 и от них также с отводящим контактом 50 и тем самым отводящим контактом 48 на фиг.1, которая соответствует данному изображению, не показаны.

На фиг. 5 показана схема, на которой, как показано на фиг.2, переключающий контакт 17 состоит из двух размещенных рядом друг с другом частей 17а, 17b контакта. И на фиг.2, соответствующей этому изображению, электрические соединения только обозначены. Видно, что принцип действия не отличается, то есть с помощью как схемы на фиг.4, так и схемы на фиг.5 достигается одинаковый процесс переключения.

Такой пример достигаемого процесса переключения показан на фиг.6.

При этом изображен нагрузочный селектор с различными шагами переключения. Такой нагрузочный селектор с различными шагами переключения в принципе уже известен из ЕР 0160125. При этом расстояние между центрами расположенного на основной обмотке неподвижного ступенчатого контакта и двумя смежными с ним неподвижными ступенчатыми контактами больше расстояния между центрами остальных неподвижных ступенчатых контактов. Это позволяет применение нагрузочного селектора и на трансформаторах с большими номинальными напряжениями; за счет этого можно добиться более высокого предельного импульсного напряжения, выдерживаемого изоляцией. В этой публикации уже раскрыты также пригодные для такого нагрузочного селектора неподвижные ступенчатые контакты, выполненные по-разному.

Независимо от этого особенно предпочтительно выполнять неподвижные ступенчатые контакты 16 не изогнутыми, как принято в известном уровне технике, то есть параллельно кривизне изоляционного цилиндра 1, а прямыми, как показано на фиг.2. В то время как согласно уровню техники верхние и нижние части 17.1, 18.1; 17.2, 18.2 контактов прокатываются постоянно по одной и той же траектории ступенчатых контактов 16, выполнением контактов прямыми достигается то, что в соприкосновении находятся всегда другие точки поверхности неподвижных ступенчатых контактов 16, что уменьшает их износ.

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к нагрузочному селектору для трансформаторов со ступенчатым регулированием напряжения для непрерывного переключения между отводами регулировочной обмотки. Технический результат заключается в создании нагрузочного селектора соответствующего типа, позволяющего осуществлять компактную установку вакуумных переключающих ячеек и их безопасное и надежное управление при всех режимах работы. Технический результат достигается тем, что неподвижные ступенчатые контакты внутри изоляционного цилиндра расположены по окружности в отдельной для каждой фазы горизонтальной плоскости. Внутри данного изоляционного цилиндра находится включающий вал, имеющий возможность вращения. Включающий вал имеет для каждой включаемой фазы контактодержатель, установленный с возможностью перемещения и на котором находятся в вертикальном положении две вакуумные переключающие ячейки. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Нагрузочный селектор для трансформаторов со ступенчатым регулированием напряжения для непрерывного переключения между отводами регулировочной обмотки трансформатора со ступенчатым регулированием напряжения, причем нагрузочный селектор имеет изоляционный цилиндр в качестве корпуса, неподвижные ступенчатые контакты, электрически соединенные с отводами, размещены внутри изоляционного цилиндра по окружности в отдельной для каждой фазы горизонтальной плоскости, в центре изоляционного цилиндра находится вращающийся переключающий вал, имеющий для неподвижных ступенчатых контактов каждой фазы также вращающийся контактодержатель, каждый из контактодержателей имеет, по меньшей мере, два механических контакта, выполненные с возможностью контактирования с неподвижными ступенчатыми контактами соответствующей горизонтальной плоскости, причем, по меньшей мере, один из контактов на каждом контактодержателе непосредственно электрически соединен с первой вакуумной переключающей ячейкой и, по меньшей мере, один следующий из контактов на каждом контактодержателе электрически соединен через промежуточный резистор со второй вакуумной переключающей ячейкой, при этом соответственно другая сторона обеих вакуумных переключающих ячеек на каждом контрдержателе электрически соединена соответственно с одним отводом нагрузки, отличающийся тем, что все контактодержатели (3) установлены подвижно на переключающем валу (2) независимо друг от друга и соответственно обе вакуумные переключающие ячейки (27, 28) установлены вертикально на соответствующем контактодержателе (3) таким образом, что их толкатели (35), (36) расположены в основном в аксиальном направлении.2. Нагрузочный селектор по п.1, отличающийся тем, что каждый контактодержатель (3) установлен на переключающем валу (2) с возможностью вращения вокруг центра вращения.3. Нагрузочный селектор по п.1, отличающийся тем, что каждый контактодержатель (103) установлен на переключающем валу (102) с возможностью аксиального продольного перемещения.4. Нагрузочный селектор по п.1 или 2, отличающийся тем, что каждый контакт (17, 18) состоит, по меньшей мере, из одной верхней части (17.1, 18.1) и одной нижней части (17.2, 18.2) контакта и каждая часть (17.1, 18.1; 17.2, 18.2) контакта прижимается друг к другу под действием усилия, по меньшей мере, одной пружины (23, 24, 25, 26) таким образом, что при включении неподвижного ступенчатого контакта (16) он механически окружается с обеих сторон и электрически замыкается.5. Нагрузочный селектор по одному из пп.1, 2 или 4, отличающийся тем, что на внутренней стенке изоляционного цилиндра (1) для каждой включаемой фазы и тем самым для каждой горизонтальной плоскости неподвижных ступенчатых контактов (16) установлено управляющее кольцо (45), имеющее верхний управляющий контур (46) и нижний управляющий контур (47), на каждом контактодержателе (3) для обеих вакуумных переключающих ячеек (27, 28) установлен рычаг (37, 38), вращающийся вокруг центра вращения (43, 44), причем каждый рычаг (37, 38) одним своим свободным концом воздействует на толкатель (35, 36) вакуумной переключающей ячейки (27, 28), а другим своим свободным концом перемещается по одному из соответствующих управляющих контуров (46, 47) так, что в зависимости от пространственной формы соответствующего управляющего контура (46, 47) приводится в действие соответствующая вакуумная переключающая ячейка (27, 28).6. Нагрузочный селектор по одному из пп.1, 2, 4 или 5, отличающийся тем, что каждый отвод нагрузки состоит из установленного на внутренней стенке изоляционного цилиндра (1) концентрического отводящего контактного кольца (48), которое имеет направленный наружу присоединительный элемент (49) и которое выполнено с возможностью замыкания с установленным на соответствующем контактодержателе (3) отводящим контактом (50), электрически соединенным с соответствующими вакуумными переключающими ячейками (27, 28) на этом контактодержателе (3).7. Нагрузочный селектор по одному из пп.1, 2, 4-6, отличающийся тем, что каждый контактодержатель (3) имеет два других ролика (55, 56), которые прокатываются с обеих сторон по соответствующему отводящему контактному кольцу (48) таким образом, что соответствующий контактодержатель (3) принудительно приводится в движение.8. Нагрузочный селектор по одному из пп.1, 2, 4-7, отличающийся тем, что управляющее кольцо (45) и отводящее контактное кольцо (48) каждой фазы объединены в один узел.