СПОСОБ СБОРКИ ВАКУУМНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ Российский патент 2007 года по МПК H01H11/00 H01H33/66 

Изобретение относится к технологии изготовления высоковольтных вакуумных выключателей, в частности к их сборке.

Предлагаемый способ может найти применение при изготовлении вакуумных выключателей, переключателей и реле в металлостеклянном и металлокерамическом исполнении, преимущественно с двумя разрывами, с упругим или жестким контактным мостиком, передача движения которому производится или от встроенной электромагнитной системы управления нейтрального или поляризованного типов, или с помощью мембраны (сильфона) от аналогичных электромагнитных систем управления, расположенных вне вакуумированной оболочки.

Известен способ сборки переключателей невакуумированного типа путем установки одна относительно другой контактных деталей, создания контактного нажатия и непосредственного его контроля при сборке с помощью граммометра [1]. Однако этот способ неприменим для сборки вакуумных выключателей и переключателей, так как у них высоковольтные контакты расположены внутри вакуумированной оболочки и после стыковки ее с электромагнитной системой управления доступа к ним для установления требуемого контактного нажатия нет.

Известен способ сборки вакуумных выключателей, описанный в [2], однако он не предусматривает обеспечения контроля при регулировке контактного нажатия непосредственно в процессе сборки. При этом из-за наличия допусков на детали и узлы процесс получения вакуумных выключателей с одинаковым или почти одинаковым контактным нажатием был неуправляемым, т.е. имелась вероятность получения выключателей как с малым, так и слишком большим контактным нажатием.

Это вело к ненадежной работе таких вакуумных выключателей с замкнутыми контактами при воздействии вибрационных и ударных нагрузок.

При малой величине контактного нажатия размыкание высоковольтной цепи замкнутых контактов происходит вследствие того, что контактное нажатие оказывается недостаточным для компенсации сил воздействия механических нагрузок.

При большой величине контактного нажатия, за счет излишнего прогиба контактной пластины или упругого элемента связи с подвижным контактом, возникает упругая сила реакции значительной величины, которая направлена на размыкание контактов. При совпадении силы реакции с направлением силы воздействия механических нагрузок их суммарная величина имеет значение, соизмеримое или превышающее силу тяги электромагнита или силу прижатия контактов от возвратной пружины. Это приводит к упругим колебаниям всей подвижной системы выключателя при воздействии вибрационных и ударных нагрузок, следствием чего является размыкание высоковольтной цепи замкнутых контактов.

Поэтому для обеспечения надежной работы вакуумных выключателей и вакуумных переключателей при замкнутом положении их контактов (обеспечиваемом электромагнитом, пружиной или постоянным магнитом) очень важно обеспечить при сборке установку оптимальной величины контактного нажатия в каждом конкретном образце.

Ближайшим техническим решением является способ сборки, предложенный в [3], который обеспечивает регулировку и контроль контактного нажатия непосредственно в процессе сборки вакуумных выключателей с упругим контактным мостиком. Согласно этому способу оболочка с высоковольтными выводами устанавливается на корпус электромагнита с обмоткой управления и якорем, связанным с контактным мостиком, затем подается напряжение питания на обмотку управления с последующим контролем замыкания цепи высоковольтных выводов контактным мостиком. При этом измеряется величина напряжения отпускания якоря до и после установки оболочки с высоковольтными выводами, разность этих напряжений сравнивают с эталонным значением, по результату этого сравнения определяют отклонение натяга контактного мостика от оптимального значения и при наличии недопустимого отклонения производят дополнительную регулировку натяга мостика. Данный способ применим преимущественно при сборке вакуумных выключателей в металлостеклянном исполнении с упругим контактным мостиком, так как только в этом случае имеется возможность визуального контроля за моментом отпускания якоря электромагнита. Однако и в случае сборки вакуумных выключателей в металлостеклянном исполнении с двойным разрывом и упругим контактным мостиком, например, при сборке вакуумного выключателя, описанного в [4] и в других, этот способ не обеспечивает установление в процессе сборки одинакового контактного нажатия в каждом из контактных разрывов одного и того же выключателя по следующей причине. При сборке упомянутых выключателей разность между величинами напряжения отпускания якоря электромагнита до и после установки оболочки с высоковольтными выводами определяется суммой величин натяга контактного мостика в первом и во втором разрывах. Так как величина натяга контактного мостика конкретно в каждом разрыве в процессе сборки по этому способу не устанавливается и не контролируется, то величины контактного нажатия в каждом разрыве имеют вероятностный характер, т.е. они могут значительно отличаться друг от друга, хотя разность между величинами напряжения отпускания якоря до и после установки оболочки с высоковольтными выводами при этом соответствует оптимальной величине контактного нажатия. Это говорит о том, что у одного и того же выключателя в одном контактном разрыве будет иметь место контактное нажатие, значительно превышающее оптимальное значение, а в другом разрыве - значительно меньше его. В совокупности это ведет к ненадежной работе выключателей с замкнутыми контактами при воздействии механических нагрузок из-за размыкания цепи контактов вследствие большой силы реакции контактного мостика на отрыв его в первом разрыве и недостаточного контактного нажатия для компенсации ускорения механических нагрузок во втором разрыве.

В случае использования способа по [3] при сборке выключателей в металлокерамическом исполнении имеются трудности, вызванные отсутствием визуального контроля из-за непрозрачности керамики за моментом отпускания якоря электромагнита и за обеспечением равномерного зазора между высоковольтными контактами и контактным мостиком, после установки металлокерамической оболочки. Это не позволяет, как и в случае выключателя в металлостеклянном исполнении с двойным разрывом, обеспечить одинаковое контактное нажатие в каждом из разрывов контактов, что ведет к размыканию цепи замкнутых контактов при воздействии механических нагрузок.

Кроме того, этот способ неприменим для сборки вакуумных выключателей и переключателей с электромагнитной системой управления поляризованного типа, в которых для удержания подвижного контакта в крайних положениях используются постоянные магниты. В этом случае контактное нажатие зависит только от энергии постоянного магнита, т.е. устанавливать требуемое контактное нажатие при сборке по разности напряжения отпускания якоря до и после установки оболочки с высоковольтными выводами не представляется возможным.

Следствием отмеченных выше недостатков известных способов сборки является нестабильная работа вакуумных выключателей и переключателей по замыканию и размыканию электрической цепи контактов в процессе коммутации, размыкание цепи замкнутых контактов при воздействии ускорения механических нагрузок, ненадежное пропускание тока высокой частоты через замкнутые контакты и снижение процента выхода годных.

Таким образом, в рассмотренных выше способах сборки проблема обеспечения при сборке оптимального контактного нажатия в каждом из разрывов контактов, а следовательно, повышения за счет этого стабильности замыкания и размыкания электрической цепи контактов при коммутации, снижения вероятности размыкания цепи замкнутых контактов и повышения надежности пропускания тока высокой частоты при воздействии ускорения механических нагрузок не нашла эффективного решения.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в отличие от известных способов сборки, включающих операции установки оболочки с высоковольтными выводами на корпус электромагнита с обмоткой управления и якорем, связанным с контактным мостиком, подачи напряжения питания на обмотку управления, с последующим контролем замыкания высоковольтных выводов контактным мостиком, при отсутствии замыкания дальнейшего снятия оболочки и регулировки натяга контактного мостика до момента обеспечения замыкания цепи, по предлагаемому способу непосредственно при сборке, после обеспечения замыкания цепи, измеряют время дребезга контактов в момент замыкания цепи при подаче напряжения питания на обмотку управления, сравнивают полученное значение времени дребезга с эталонным значением, при наличии недопустимого отклонения производят регулировку контактного нажатия в каждом из разрывов контактов, для чего перемещают оболочку относительно корпуса электромагнита вокруг оси и в плоскости перемещения подвижного контакта и одновременно измеряют время дребезга контактов, причем оболочку перемещают до момента получения одинакового контактного нажатия в каждом из разрывов контактов при времени дребезга, соответствующем эталонному значению.

Сопоставительный анализ с известными техническими решениями позволяет сделать вывод о том, что заявляемый способ сборки вакуумных выключателей отличается тем, что по предлагаемому способу непосредственно при сборке, после обеспечения замыкания цепи, измеряют время дребезга контактов в момент замыкания цепи при подаче напряжения питания на обмотку управления, сравнивают полученное значение времени дребезга с эталонным значением, при наличии недопустимого отклонения производят регулировку контактного нажатия в каждом из разрывов контактов, для чего перемещают оболочку относительно корпуса электромагнита вокруг оси и в плоскости перемещения подвижного контакта и одновременно измеряют время дребезга контактов, причем оболочку перемещают до момента получения одинакового контактного нажатия в каждом из разрывов контактов при времени дребезга, соответствующем эталонному значению.

Таким образом, заявляемый способ сборки вакуумных выключателей соответствует критерию изобретения «новизна». Анализ известных технических решений [1-3] позволяет сделать вывод об отсутствии у них признаков, сходных с отличительными признаками заявляемого способа сборки вакуумных переключателей, и признать предлагаемое решение соответствующим изобретательскому уровню.

Измерение времени дребезга контактов в момент замыкания их цепи при подаче напряжения питания на обмотку управления, непосредственно при сборке, и последующее сравнение полученного значения времени дребезга с эталонным значением позволяет определить наличие отклонения контактного нажатия от оптимального значения.

Проведение, в случае наличия недопустимого отклонения, регулировки контактного нажатия в каждом из зазоров контактов путем перемещения оболочки относительно корпуса электромагнита в плоскости перемещения подвижного контакта, при одновременном измерении времени дребезга контактов, до момента получения одинакового контактного нажатия в каждом из разрывов контактов, т.е. до получения времени дребезга контактов при замыкании цепи, соответствующем эталонному значению, позволяет обеспечить при сборке установку оптимального контактного нажатия в каждом из разрывов контактов.

Обеспечение оптимального контактного нажатия, естественно, ведет к повышению стабильности замыкания и размыкания электрической цепи контактов при коммутации, к снижению вероятности размыкания цепи замкнутых контактов при воздействии ускорения механических нагрузок, повышению надежности пропускания тока высокой частоты через замкнутые контакты вакуумных выключателей, что позволяет повысить их процент выхода годных.

По предлагаемому способу, применительно к вакуумному выключателю с двойным разрывом, например по [3], сборку ведут в следующей последовательности.

В корпус электромагнита, собранный с якорем и подвижным контактом, устанавливают катушку электромагнита. После этого измеряют напряжение срабатывания и отпускания якоря электромагнита до установки оболочки, а в случае необходимости, принимают меры по обеспечению заданных значений напряжения срабатывания и напряжения отпускания путем изменения жесткости пружины или устранением зазора между соприкасающимися поверхностями якоря, сердечника и корпуса (кольца) электромагнита в прижатом положении якоря. Затем на корпус электромагнита устанавливают оболочку с высоковольтными выводами, подают напряжение питания до момента срабатывания якоря электромагнита и контролируют по прибору (омметр и т.п.), подключенному к высоковольтным выводам, замыкание цепи.

В случае, если замыкание цепи между высоковольтными выводами при этом не произойдет, оболочку снимают и производят регулировку натяга контактного мостика в сторону замыкания цепи, например, его подгибкой до того момента, когда при поданном на обмотку управления напряжении питания контактный мостик замкнет цепь между высоковольтными выводами-контактами оболочки.

По достижении замыкания цепи напряжение питания с обмотки управления снимают и отключают прибор контроля цепи контактов. Затем высоковольтные выводы и выводы обмотки управления соединяют со схемой измерения времени дребезга контактов, подают напряжение питания на обмотку управления и измеряют время дребезга контактов в момент замыкания их цепи. При наличии отклонения измеренной величины дребезга от эталонного значения, предварительно установленного экспериментальным путем для каждого конкретного типа выключателей, в сторону увеличения, производят регулировку контактного нажатия в каждом из разрывов. Для этого оболочку сначала поворачивают вокруг своей оси в любую сторону и измеряют время дребезга контактов при новом положении оболочки. Если при этом отмечается увеличение времени дребезга контактов, то оболочку возвращают в исходное положение, а затем поворачивают ее вокруг оси в противоположном направлении и снова измеряют время дребезга контактов в момент замыкания их цепи. Оболочку, при одновременном измерении времени дребезга контактов, поворачивают в направлении, при котором происходит уменьшение времени дребезга контактов до того момента, когда будет получено минимальное значение времени дребезга. Критерием достижения минимального значения времени дребезга контактов за счет поворота оболочки (или корпуса электромагнита) вокруг оси является увеличение его величины при дальнейшем повороте оболочки вокруг своей оси в том же направлении. Дальнейшую регулировку контактного нажатия в каждом из разрывов контактов производят перемещением оболочки относительно корпуса электромагнита в плоскости (в направлении) перемещения подвижного контакта (контактного мостика) в направлении замыкания или размыкания его с неподвижным контактом. Для этого оболочку сначала перемещают в каком-то одном направлении и измеряют время дребезга контактов в момент замыкания цепи при подаче напряжения питания на обмотку управления. Если при перемещении оболочки в одном из этих направлений абсолютное значение разности между эталонным и измеренным временем дребезга будет уменьшаться, то оболочку продолжают перемещать в этом же направлении до момента получения абсолютного значения разности, близкой к нулю, т.е. до момента получения времени дребезга, соответствующего эталонному значению (с учетом допуска на него). Если же при перемещении оболочки в этом направлении абсолютное значение разности времени дребезга будет увеличиваться, то оболочку возвращают в исходное положение, а затем перемещают ее в противоположном направлении, при одновременном измерении времени дребезга контактов. Перемещение оболочки (или корпуса электромагнита) в направлении, при котором отмечается уменьшение времени дребезга, производят до момента, когда абсолютное значение их разности будет близким к нулю, т.е. до получения времени дребезга, соответствующего эталонному значению.

Полученное вышеупомянутыми операциями значение времени дребезга, соответствующее эталонному значению, определяет момент, когда непосредственно при сборке будет установлено оптимальное контактное нажатие контактного мостика в каждом из разрывов контактов выключателя.

В сравнении с прототипом предлагаемый способ сборки вакуумных выключателей обеспечивает их сборку с одинаковым контактным нажатием в каждом из разрывов контактов и оптимальное его значение, что:

- повышает стабильность замыкания и размыкания цепи контактов при коммутации;

- снижает вероятность размыкания цепи контактов при воздействии ускорения механических нагрузок;

- стабилизирует сопротивление замкнутых контактов и уменьшает тем самым нагрев выключателя пропускаемым через контакты током высокой частоты;

- повышает процент выхода годных.

Источники информации

1. Заявка ФРГ №251868, кл. 34В 27/18, 1967.

2. Отчет по теме «Контакт», 1970, ОР №1345281.

3. Авторское свидетельство СССР №544007, кл. H01H 33/66, 1977.

4. Авторское свидетельство СССР №305517, кл. H01H, 33/66, 1971.

Изобретение относится к технологии изготовления высоковольтных вакуумных выключателей, переключателей и реле в металлостеклянном и металлокерамическом исполнении, преимущественно с двумя разрывами, с упругим или жестким контактным мостиком, передача движения которому производится или от встроенной электромагнитной системы управления нейтрального или поляризованного типов, или с помощью мембраны (сильфона) от аналогичных электромагнитных систем управления, расположенных вне вакуумированной оболочки. Согласно способу непосредственно при сборке после обеспечения замыкания цепи измеряют время дребезга контактов в момент замыкания цепи при подаче напряжения питания на обмотку управления, сравнивают полученное значение времени дребезга с эталонным значением, при наличии недопустимого отклонения производят регулировку контактного нажатия в каждом из разрывов контактов, для чего перемещают оболочку относительно корпуса электромагнита вокруг оси и в плоскости перемещения подвижного контакта и одновременно измеряют время дребезга контактов, причем оболочку перемещают до момента получения одинакового контактного нажатия в каждом из разрывов контактов при времени дребезга, соответствующем эталонному значению. Технический результат - повышение стабильности и надежности работы выключателя и процента выхода годных выключателей за счет обеспечения при сборке одинакового оптимального контактного нажатия в каждом из разрывов контактов.

Способ сборки вакуумных выключателей, включающий операции установки оболочки с высоковольтными выводами на корпус электромагнита с обмоткой управления и якорем, связанным с контактным мостиком, подачи напряжения питания на обмотку управления с последующим контролем замыкания высоковольтных выводов контактным мостиком, при отсутствии замыкания дальнейшего снятия оболочки и регулировки натяга контактного мостика до момента обеспечения замыкания цепи, отличающийся тем, что, с целью обеспечения оптимального контактного нажатия в каждом из разрывов контактов, а следовательно, повышения стабильности замыкания и размыкания электрической цепи контактов при коммутации, снижения вероятности размыкания цепи замкнутых контактов при воздействии ускорения механических нагрузок, уменьшения нагрева при пропускании тока высокой частоты и повышения процента выхода годных, непосредственно при сборке после обеспечения замыкания цепи измеряют время дребезга контактов в момент замыкания их цепи при подаче напряжения питания на обмотку управления, сравнивают полученное значение времени дребезга с эталонным значением, при наличии недопустимого отклонения производят регулировку контактного нажатия в каждом из разрывов контактов, для чего перемещают оболочку относительно корпуса электромагнита вокруг своей оси и в плоскости перемещения подвижного контакта и одновременно измеряют время дребезга контактов, причем оболочку перемещают до момента достижения времени дребезга, соответствующего эталонному значению.