ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД С РАСЦЕПИТЕЛЕМ МИНИМАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК H01F7/123 H01H71/26 H01H83/12 

Область техники

Настоящее изобретение относится к электромагнитному приводу, содержащему ярмо для направления магнитного потока, пластину удержания, прикрепленную к приводному элементу, причем пластина удержания и ярмо образуют первый магнитный контур, и устройство создания магнитного потока для создания магнитного потока в первом магнитном контуре.

Известный уровень техники

Международная патентная публикация WO99/14769 раскрывает привод для приведения в действие вакуумного переключателя в переключающей установке. Привод обеспечен включающей катушкой и выключающей катушкой и постоянным магнитом для сохранения пластины удержания, удерживаемой напротив ярма, и в противодействии усилию пружины. Более того, в приводе размещено размыкающее устройство, которое может противодействовать магнитному полю постоянного магнита для размыкания привода, приводя его в нерабочее положение с использованием энергии, накопленной в пружине.

Краткое изложение сущности изобретения

Настоящее изобретение стремится обеспечить улучшенный электромагнитный привод.

Согласно настоящему изобретению обеспечен электромагнитный привод согласно ограничительной части, определенной выше, в котором устройство создания магнитного потока содержит катушку расцепителя минимального напряжения, электрически соединенную с вспомогательным источником напряжения, представляющим значение отслеживаемого напряжения.

Это устраняет необходимость использования постоянного магнита в электромагнитном приводе, при этом одновременно включая функцию защиты от минимального напряжения в электромагнитном приводе.

В дополнительном варианте выполнения электромагнитный привод, более того, содержит размыкающую катушку, при этом катушка расцепителя минимального напряжения выполнена с возможностью создавать магнитный поток в первом магнитном контуре, противоположный магнитному потоку, созданному размыкающей катушкой.

Объединение катушки расцепителя минимального напряжения и размыкающей катушки в одном и том же магнитном контуре обеспечивает более эффективный привод. В варианте выполнения катушка расцепителя минимального напряжения имеет ориентацию витков, противоположную ориентации витков размыкающей катушки. Это позволяет иметь противодействующий характер работы различных катушек согласно их назначенной функции. В дополнительном варианте выполнения катушка расцепителя минимального напряжения размещена коаксиально размыкающей катушке, что обеспечивает эффективное использование доступного пространства в приводе.

В дополнительном варианте выполнения электромагнитный привод дополнительно содержит устройство предварительного натяжения (например, спиральную пружину), которая прикладывает силу предварительного натяжения к пластине удержания на расстоянии от ярма, при этом катушка расцепителя минимального напряжения имеет размеры с возможностью создавать силу притяжения, удерживающую пластину удержания напротив ярма, причем сила притяжения превосходит силу предварительного натяжения, когда вспомогательное напряжение превосходит заданное пороговое значение. Катушка расцепителя минимального напряжения при нормальной работе далее обеспечивает достаточно высокий магнитный поток для удержания привода в рабочем положении. Как только отслеживаемое напряжение падает ниже некоторого значения, привод будет изменять положение на нерабочее. В варианте выполнения устройство предварительного натяжения содержит механическое устройство, такое как спиральная пружина, пластинчатая пружина и т.д.

В дополнительном варианте выполнения устройство предварительного натяжения содержит устройство, расположенное снаружи электромагнитного привода, такое как вакуумный прерыватель, который сам по себе обеспечен элементами предварительного натяжения.

Электромагнитный привод содержит замыкающую катушку для создания магнитного потока во втором магнитном контуре, при этом второй магнитный контур отделен от первого магнитного контура. Сохранение второго магнитного контура отдельным предотвращает любой возможный конфликт с другой функцией привода, которая описана выше.

Вспомогательный источник напряжения представляет собой вспомогательный источник напряжения, доступный в переключающей установке в дополнительном варианте выполнения, при этом вспомогательный источник напряжения обеспечивает напряжение, характерное для основного напряжения переключающей установки. Это позволяет эффективно использовать доступные элементы в переключающем устройстве для обеспечения должной работы настоящего привода.

В дополнительном аспекте настоящее изобретение относится к переключающей установке, содержащей вспомогательный источник напряжения, обеспечивающий напряжение, представляющее основное напряжение переключающей установки, и электромагнитному приводу согласно любому из вариантов выполнения настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет обсуждено более подробно ниже с использованием нескольких примерных вариантов выполнения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

Фиг. 1 изображает вид в поперечном сечении электромагнитного привода, который известен в уровне техники;

Фиг. 2 изображает вид в поперечном сечении электромагнитного привода согласно варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг. 3 изображает вид в поперечном сечении электромагнитного привода, который известен в уровне техники, для функционирования вакуумного прерывателя; и

Фиг. 4 изображает вид в поперечном сечении электромагнитного привода согласно дополнительному варианту выполнения настоящего изобретения.

Описание предпочтительных вариантов выполнения

Варианты выполнения настоящего изобретения относятся к решению по обеспечению механизма для расцепления электромагнитного привода, например, в форме размыкающего контура и/или привода для прерывателя цепи (такого, как вакуумный прерыватель), когда в переключающей установке возникает минимальное напряжение. Электромагнитные приводы широко используются в переключающих установках и обычно приводятся в действие для выключения и включения прерывателей цепи или размыкающих контуров.

Фиг. 1 изображает вид в поперечном сечении известного в уровне техники электромагнитного привода 10 в форме размыкающего привода. Пружина 2 размещена между корпусом 7 привода и упругой пластиной 8, которая прикреплена к размыкающему пальцу 1. Размыкающий палец 1 выполнен с возможностью размыкать размыкающее устройство, механически связанное с размыкающим пальцем 1 (например, чтобы выключать прерыватель цепи). Пружина 2 способна накапливать энергию размыкания, которая является достаточной для перемещения пальца 1 обратно в выдвинутое положение при возбуждении размыкающего привода.

Энергия размыкания в пружине 2 накапливается, например, при замыкании переключающего устройства среднего напряжения или размыкающего устройства. Размыкающий палец 1 неподвижно прикреплен к пластине 6 удержания. Как показано в варианте выполнения, магнитный контур образован в пластине 6 удержания и ярме 9. Постоянный магнит 4 размещен в магнитном контуре, и таким образом возбужденный магнитный поток подбирается достаточным для удержания пластины 6 удержания напротив ярма 9, противодействуя силе, созданной пружиной 2.

Более того, обеспечена размыкающая катушка 3, которая позволяет создавать дополнительный магнитный поток в магнитном контуре. Когда дополнительный магнитный поток противодействует магнитному потоку, созданному постоянным магнитом 4 (например, возбуждением размыкающей катушки 3 целесообразно выбранным напряжением), пластина 6 удержания расцепляется. Далее сила пружины 2 обеспечивает, чтобы размыкающий палец 1 продолжался и был способен размыкать размыкающее устройство. Этот тип размыкающего привода имеет компактную конструкцию и требует небольшой энергии размыкания. Размыкающий привод 10 должен быть механически заряжен внешним действием, например замыканием вакуумного переключателя, которое позволяет пластине 6 удержания замыкать магнитный контур и заряжать пружину 2.

На Фиг. 2 представлен вид в поперечном сечении электромагнитного привода 10 согласно варианту выполнения настоящего изобретения. Снова обеспечен корпус 7, а также пружина 2 и упругая пластина 8. Ярмо 9 обеспечено с возможностью направления магнитного потока, в котором расположена размыкающая катушка 3. Пластина 6 удержания прикреплена к приводному элементу в форме пальца 1, и в возбужденном состоянии привода 10 пластина 6 удержания замыкает первый магнитный контур с ярмом 9.

В этом варианте выполнения катушка 5 защиты от минимального напряжения обеспечена коаксиально размыкающей катушке 3, при этом катушка 5 защиты от минимального напряжения реализует устройство создания магнитного потока для создания магнитного потока в первом магнитном контуре. Катушка 5 защиты от минимального напряжения возбуждается с использованием вспомогательного источника напряжения переключающего устройства, в котором используется привод. Вспомогательный источник напряжения обеспечивает напряжение, представляющее значение отслеживаемого напряжения. При нормальной работе катушка 5 обеспечивает магнитный поток, необходимый в приводе 10 для удержания пластины 6 удержания напротив ярма 9 (т.е. катушка 5 заменяет постоянный магнит 4 в варианте выполнения, показанном на Фиг. 1).

Магнитный поток, созданный катушкой 5 расцепителя минимального напряжения, противодействует магнитному потоку, созданному размыкающей катушкой 3. Это может быть осуществлено обеспечением катушки 5 расцепителя минимального напряжения с ориентацией витков, противоположной ориентации витков размыкающей катушки 3. В показанном варианте выполнения катушка 5 расцепителя минимального напряжения, более того, размещена коаксиально размыкающей катушке 3 внутри ярма 9, позволяя эффективно использовать пространство.

Согласно IEC62271-1 устройство расцепителя минимального напряжения будет работать с возможностью размыкать переключающее устройство, которое он защищает, когда напряжение на клеммах устройства расцепления падает ниже 35% от его номинального напряжения, даже если падение является медленным и постепенным. С другой стороны, переключающее устройство не будет работать, когда напряжение на его клеммах превосходит 70% от его номинального напряжения подачи. Замыкание переключающего устройства, защищенного устройством расцепителя, будет возможным, когда значение напряжения на клеммах расцепителя напряжения равно или составляет более 85% от его номинального напряжения. Его замыкание будет невозможно, когда напряжение на клеммах ниже 35% от его номинального напряжения подачи. Варианты выполнения настоящего изобретения способны удовлетворять эти требования обеспечением целесообразных размеров магнитных контуров и элементов, в особенности катушки 5 расцепителя минимального напряжения.

В известных из уровня техники системах устройство расцепителя минимального напряжения представляет собой отдельное устройство, - например, механически или электрически - связанное с переключающим устройством, для защиты которого оно предназначено. Устройство расцепителя минимального напряжения, например, содержит устройство нагруженной пружины, которое размыкает механизм прерывателя цепи. Когда механизм выходит из строя или крепление устройства расцепителя минимального напряжения разрушается, невозможно размыкать соответственное устройство в случае появления минимального напряжения.

При нормальной работе катушка 5 привода 10 постоянно возбуждается вспомогательным напряжением переключающего устройства, в котором она используется. Когда вспомогательное напряжения падает до 35-70% от номинального значения, магнитная сила, созданная катушкой 5, которая удерживает пластину 6 удержания напротив ярма 9, становится меньше механической силы пружины 2, пытающейся привести в движение пластину 6 удержания от ярма 9. Это заставляет размыкающий палец 1 перемещаться вверх и размыкать переключатель среднего напряжения или прерыватель цепи, с которым он соединен.

Когда катушка 5 возбуждена (нормальная работа переключающего устройства), размыкающая катушка 3 может быть возбуждена противоположным образом или, противодействуя магнитному потоку, созданному катушкой 5, для того, чтобы размыкать размыкающий палец 1 за счет силы, прикладываемой пружиной 2.

Привод 10 согласно варианту выполнения на Фиг. 2 может быть симметричным вокруг продольной оси привода 10. Различные элементы, такие как ярмо 9 и катушки 3, 5 могут иметь круглую (цилиндрическую) форму. Альтернативно, эти элементы могут иметь прямоугольную или другую форму.

Пружина 2 и диск 8 варианта выполнения электромагнитного привода, показанного на Фиг. 2, образуют устройство предварительного натяжения, которое прикладывает силу предварительного натяжения к пластине удержания на расстоянии от ярма. Катушка 5 расцепителя минимального напряжения имеет размеры с возможностью создавать силу притяжения, удерживающую пластину 6 удержания напротив ярма 9, причем сила притяжения превосходит силу предварительного натяжения, когда вспомогательное напряжение превосходит заданное пороговое значение. Пружина 2 может принимать любую пригодную форму, такую как спиральная пружина или пластинчатая пружина.

В дополнительном варианте выполнения устройство предварительного натяжения содержит устройство, расположенное снаружи электромагнитного привода 10, 20. Фиг. 3 показывает вид в поперечном сечении электромагнитного привода 20, используемого для приведения в действие вакуумного переключателя в переключающем устройстве. Вакуумный переключатель обеспечен устройством предварительного натяжения, которое накапливает энергию для выключения вакуумного переключателя при необходимости. Сила, созданная этим устройством предварительного натяжения, может быть также использована в электромагнитном приводе 20. Палец 1 прикреплен к плунжеру 11 и пластине 6 удержания. Узел пальца 1, пластины 6 удержания и плунжера 11 может перемещаться между двумя положениями относительно ярма 9. Замыкающая катушка 12 обеспечена в приводе для создания магнитного потока во втором магнитном контуре, который отделен от первого магнитного контура. При возбуждении замыкающая катушка 12 притягивает плунжер 11 и перемещает палец 1 вверх, тем самым включая вакуумный прерыватель или другое переключающее устройство в переключающей установке. Это осуществляется с использованием второго магнитного контура посредством ярма 9 и плунжера 11, обозначенного штрихпунктирной линией на верхней части ярма 9 на Фиг. 3.

Ярмо 9 образовано на его конце вблизи пластины 6 удержания, с двумя ножками 9а, 9b и пространством для постоянного магнита 4 для образования вспомогательного магнитного контура в совокупности с пластиной 6 удержания. Постоянный магнит 4 обеспечивает удержание пластины 6 удержания напротив ножек 9а, 9b ярма, противодействуя и поддерживая пружины контактного давления в вакуумном прерывателе, механически связанном с пальцем 1.

Обеспечена размыкающая катушка 3, которая позволяет противодействовать магнитному потоку во вспомогательном магнитном контуре при должном возбуждении. При возбуждении размыкающей катушки 3 магнитный поток во вспомогательном магнитном контуре испытывает противодействие, позволяя пластине 6 удержания отделяться от ножек 9а, 9b ярма. Электромагнитный привод 20 сам по себе или переключающее устройство, с которым он соединен, может быть оборудовано средством создания силы (таким, как пружина) для приведения привода 20 в его нерабочее положение.

Фиг. 4 показывает вид в поперечном сечении электромагнитного привода согласно дополнительному варианту выполнения настоящего изобретения. Здесь постоянный магнит 4 больше не нужен для создания магнитного потока во вспомогательном магнитном контуре. Вместо этого катушка 5 расцепителя минимального напряжения обеспечена во вспомогательном магнитном контуре. Как и в варианте выполнения на Фиг. 2, катушка 5 расцепителя минимального напряжения может быть размещена коаксиально размыкающей катушке 3. Также катушка 5 расцепителя минимального напряжения соединена со вспомогательным напряжением, представляющим отслеживаемое напряжение для выполнения функции расцепителя минимального напряжения. При нормальной работе катушка 5 обеспечивает магнитный поток во вспомогательном магнитном контуре, который необходим для удержания пластины 6 удержания относительно ножек 9а, 9b ярма (и вакуумного прерывателя, связанного с пальцем 1 во включенном состоянии).

Когда напряжение на клеммах катушки 5 падает ниже заданного минимального напряжения (представляющего пороговое значение отслеживаемого напряжения), магнитный поток во вспомогательном контуре уменьшается также ниже силы пружин контактного давления вакуумного прерывателя, при этом электромагнитный привод 20 будет размыкать вакуумный прерыватель.

Согласно вариантам выполнения настоящего изобретения электромагнитный привод 20 имеет преимущество в том, что для осуществления защиты от минимального напряжения или функции расцепления минимального напряжения в переключающей установке не требуются дополнительные устройства. Энергия, необходимая для возбуждения катушки 5 (порядка нескольких Ватт), является не очень высокой и обычно является незначительной по сравнению с энергией, передаваемой переключающим устройством, которое она защищает. Электромагнитный привод 20 с встроенной защитой от минимального напряжения согласно вариантам выполнения настоящего изобретения также гарантированно надежен, так как любое повреждение катушки 5 или соответственной электрической проводки будет приводить или удерживать соответственное переключающее устройство в нерабочем положении.

Размеры и характеристики катушки 5 расцепителя минимального напряжения зависят от специального применения и размера, и характеристик других элементов, используемых в вариантах выполнения 10, 20 электромагнитного привода, и соответственного переключающего устройства или установки, в которой он используется. Определение размеров и (магнитных, электрических) характеристик магнитных контуров и его элементов доступны для понимания специалистом в области техники технологии электромагнитных приводов.

Узел катушки 5 расцепителя минимального напряжения и размыкающих катушек 3, которые показаны в примерном варианте выполнения на Фиг. 4, также может быть осуществлен в других типах электромагнитных приводов 20 для вакуумных прерывателей, например, имеющих две рабочие катушки (включающую и выключающую катушку) в главном магнитном контуре.

Электромагнитный привод согласно вариантам выполнения настоящего изобретения обеспечивает более эффективное использование ресурсов привода, таких как пространство и стоимость. Варианты выполнения электромагнитного привода могут быть использованы всегда, когда в переключающей установке является доступным вспомогательный источник напряжения, причем вспомогательный источник напряжения обеспечивает напряжение, характерное для основного напряжения переключающей установки. В дополнительном аспекте настоящее изобретение относится к переключающей установке, содержащей вспомогательный источник напряжения, обеспечивающий напряжение, представляющее основное напряжение переключающей установки, и электромагнитному приводу согласно любому из вариантов выполнения настоящего изобретения.

Варианты выполнения настоящего изобретения описаны выше со ссылкой на несколько примерных вариантов выполнения, которые показаны на чертежах. Преобразования и альтернативные варианты выполнения определенных частей или элементов возможны и включены в объем охраны, который определен в приложенной формуле изобретения.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении надежности путем исключения необходимости защиты от минимального напряжения. Электромагнитный привод имеет ярмо (9) для направления магнитного потока и пластину (6) удержания, прикрепленную к приводному элементу (1). Пластина (6) удержания и ярмо (9) образуют первый магнитный контур. Устройство создания магнитного потока обеспечивает возможность создания магнитного потока в первом магнитном контуре. Устройство создания магнитного потока содержит катушку (5) расцепителя минимального напряжения, электрически соединенную с вспомогательным источником напряжения со значением отслеживаемого напряжения. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электромагнитный привод, содержащий ярмо (9) для направления магнитного потока, пластину (6) удержания, прикрепленную к приводному элементу (1), причем пластина (6) удержания и ярмо (9) образуют первый магнитный контур, устройство создания магнитного потока для создания магнитного потока в первом магнитном контуре, причем устройство создания магнитного потока содержит катушку (5) расцепителя минимального напряжения, электрически соединенную с вспомогательным источником напряжения, представляющим значение отслеживаемого напряжения, замыкающую катушку (12) для создания магнитного потока во втором магнитном контуре, при этом второй магнитный контур отделен от первого магнитного контура.

2. Электромагнитный привод по п. 1, дополнительно содержащий размыкающую катушку (3), при этом катушка (5) расцепителя минимального напряжения выполнена с возможностью создавать магнитный поток в первом магнитном контуре, противоположный магнитному потоку, созданному размыкающей катушкой (3).

3. Электромагнитный привод по п. 2, в котором катушка (5) расцепителя минимального напряжения имеет ориентацию витков, противоположную ориентации витков размыкающей катушки (3).

4. Электромагнитный привод по п. 2 или 3, в котором катушка (5) расцепителя минимального напряжения размещена коаксиально размыкающей катушке (3).

5. Электромагнитный привод по п.1, дополнительно содержащий устройство (2) предварительного натяжения, которое прикладывает силу предварительного натяжения к пластине (6) удержания на расстоянии от ярма (9), при этом катушка (5) расцепителя минимального напряжения имеет размеры с возможностью создавать силу притяжения, удерживающую пластину (6) удержания напротив ярма (9), причем сила притяжения превосходит силу предварительного натяжения, когда вспомогательное натяжение превосходит заданное пороговое значение.

6. Электромагнитный привод по п. 5, в котором устройство предварительного натяжения содержит механическое устройство.

7. Электромагнитный привод по п. 5, в котором устройство предварительного напряжения содержит устройство, расположенное снаружи электромагнитного привода.

8. Электромагнитный привод по п.1, в котором вспомогательный источник напряжения представляет собой вспомогательный источник напряжения, доступный в переключающей установке, причем вспомогательный источник напряжения обеспечивает напряжение, характерное для основного напряжения переключающей установки.

9. Переключающая установка, содержащая вспомогательный источник напряжения, обеспечивающий напряжение, представляющее основное напряжение переключающей установки, и электромагнитный привод по любому из пп. 1-8.