ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ СТУПЕНЕЙ НАГРУЗКИ Российский патент 2017 года по МПК H01H9/00 

Данное изобретение относится к переключателю ступеней нагрузки для безразрывного переключения между различными ответвлениями обмотки ступенчатого трансформатора согласно ограничительной части первого пункта формулы изобретения.

Переключатели ступеней нагрузки используются в течение многих лет в больших количествах по всему миру для безразрывного переключения между различными ответвлениями обмотки ступенчатых трансформаторов. Так называемые реакторные переключатели, которые наиболее распространены в Северной Америке, имеют реактивное сопротивление, которое обеспечивает медленное непрерывное переключение. Как правило, переключатели ступеней нагрузки согласно принципу быстродействующего переключения сопротивления состоят из селектора для энергонезависимого выбора соответствующего ответвления обмотки ступенчатого трансформатора, на которое следует переключаться, и собственно из переключателя нагрузки для непосредственного переключения с прежнего на новое предварительно выбранное ответвление обмотки. Как правило, переключатель нагрузки имеет для этого переключающие контакты и омические контакты. При этом переключающие контакты служат для непосредственного соединения соответствующего ответвления обмотки с выводом нагрузки, а омические контакты для кратковременного подключения, то есть для шунтирования при помощи одного или нескольких промежуточных резисторов. Тем не менее, разработки последних лет отошли от переключателей нагрузки с механическими переключающими контактами в изоляционном масле. Вместо этого в качестве переключающих элементов все больше используются вакуумные переключательные ячейки.

Подобный переключатель ступеней нагрузки с вакуумными переключательными лампами раскрыт, например, в DE 102009043171 A1. Переключатель ступеней нагрузки имеет в данной заявке приводимый в движение аккумулятором энергии приводной вал с, по меньшей мере, одним кулачковым диском. Кулачковый диск имеет несколько управляющих кулачков, причем два управляющих кулачка, расположенных с торца на кулачковом диске, имеют отличающийся от круглого контур наподобие выступов, по которому в каждом случае направляется с замыканием контакта ролик, который соединен при помощи перекидного рычага с вакуумной переключательной лампой и который взаимодействует с профилированным контуром соответствующего управляющего кулачка.

У особого вида переключателей ступеней нагрузки, так называемых нагрузочных селекторов, описанные средства для выбора нового ответвления обмотки и средства для непосредственного переключения нагрузки конструктивно объединены и приводятся в действие совместно. Как правило, переключатели ступеней нагрузки согласно принципу быстродействующего переключения сопротивления выполнены для безразрывного переключения с одного ответвления обмотки ступенчатого трансформатора на другое таким образом, что неподвижные ступенчатые контакты, находящиеся в каждом случае в электрическом соединении с выводами ступенчатых обмоток, расположены на одной горизонтальной плоскости или соответственно на нескольких горизонтальных плоскостях по окружности на раме или цилиндре из изоляционного материала и могут подключаться посредством вращающихся контактных мостов, которые приведены в действие концентрическими приводными валами. При этом в случае нагрузочных селекторов, в которых совмещены выбор ступени и непосредственное переключение нагрузки, приведение в действие контактных мостов происходит ступенчато после срабатывания аккумулятора энергии, приводимого в действие приводным валом переключателя, в большинстве случаев пружинного аккумулятора энергии.

В отличие от этих обычных конструкций в DE 4237165 C1 описан переключатель ступеней с линейным замыканием контакта, причем неподвижные ступенчатые контакты проходят вдоль траектории во внутреннюю часть переключателя и могут подключаться перемещаемым механизмом переключения, который в свою очередь приводится в движение приводным валом. При этом перемещаемый в вертикальном направлении механизм переключения состоит из непрерывно приводимых в движение приводным валом заводных салазок, выбирающих новый неподвижный ступенчатый контакт, и из заводимой заводными салазками при помощи аккумулятора энергии ведомой части, которая ступенчато следует за заводными салазками после приведения в действие и при этом осуществляет непосредственное переключение нагрузки с прежнего ответвления ступенчатой обмотки на предварительно выбранное новое ответвление. Необходимые для этого переключающие элементы являются составной частью ведомой части.

Из DE 19847745 C1 известен другой переключатель ступеней нагрузки, предложенный заявителем, с расположенными линейно контактами селектора. Над контактами селектора, то есть, будучи пространственно отделены, находятся согласованные с соответствующими контактами селектора каждой фазы, неподвижные вакуумные переключательные лампы для непосредственного, ступенчатого переключения нагрузки. Для приведения в действие этого переключателя ступеней нагрузки необходим пружинный аккумулятор энергии, который во время своего движения завода приводит в действие контакты селектора, а также приводит в действие вакуумные переключательные элементы посредством своего ступенчатого выходного движения.

Независимо от конструктивного осуществления переключателя ступеней нагрузки, то есть с вращающейся или линейно перемещаемой системой контактов, в известных из уровня техники переключателях ступеней нагрузки требуется пружинный аккумулятор энергии для ступенчатого переключения посредством системы контактов. Известные из уровня техники аккумуляторы энергии заводятся, то есть приводятся в действие, приводным валом для начала каждого приведения в действие переключателя ступеней нагрузки. Известные аккумуляторы состоят по существу из заводных салазок и салазок мгновенного действия, между которыми в качестве аккумуляторов энергии расположены аккумулирующие энергию пружины. Подобные аккумуляторы энергии известны, например, из DE 19855860 C1, а также из DE 2806282 B1.

Используется начальное медленное вращательное движение приводного вала, чтобы поступательно приводить в действие заводные салазки для последующего преобразования поступательного движения салазок, то есть ведомой части, в основное вращательное движение выходного вала и в связанное с этим, непосредственное замыкание контакта. Это сложное преобразование вращательного движения в поступательное движение и снова обратно во вращательное движение требует большого монтажного объема для размещения конструкции аккумулятора энергии внутри переключателя ступеней нагрузки, а также множество сложных отдельных конструктивных узлов.

Поэтому задача данного изобретения состоит в предоставлении переключателя ответвлений нагрузки, который исключает дорогостоящую конструкцию аккумулятора энергии и тем самым предоставляет значительно упрощенное конструктивное осуществление при одновременно повышенной эксплутационной надежности.

Эта задача решается с помощью переключателя ступеней нагрузки для безразрывного переключения между различными ответвлениями обмотки ступенчатого трансформатора с признаками первого пункта формулы изобретения. При этом зависимые пункты формулы изобретения раскрывают наиболее предпочтительные усовершенствованные варианты изобретения.

Обобщенная идея изобретения заключается в том, чтобы при помощи общего моторного привода посредством размещения ходового винта без промежуточного включения аккумулятора энергии приводить в действие, как блок контактов селектора, так и переключательные средства для безразрывного переключения нагрузки. Согласно другому аспекту изобретения ходовой винт, приводимый в движение непосредственно моторным приводом, при помощи вращающейся на нем ходовой гайки непосредственно приводит в действие контакты селектора, а также при помощи промежуточного передаточного механизма предпочтительным образом приводит в действие систему кулачков, которая в свою очередь воздействует на переключательные средства переключателя нагрузки и приводит их в действие для безразрывного переключения между обоими контактами селектора в характерной для устройства последовательности переключения. Наиболее предпочтительно в качестве подобных переключательных средств используются вакуумные переключательные лампы.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения подвижные контакты селектора устанавливаются в каждом случае в одном контактодержателе и взаимодействуют с расположенными на несущей пластине неподвижными контактами селектора таким образом, что отдельные неподвижные контакты селектора могут подключаться в продольном направлении ходового винта благодаря продольному перемещению подвижных контактов селектора в виде составной части общего блока контактов, который механически соединен с ходовой гайкой. Благодаря возвратно-поступательному движению блока контактов селектора подключаются отдельные неподвижные контакты селектора, и тем самым проходится диапазон регулировки переключателя ступеней нагрузки.

Далее изобретение поясняется еще более детально на примере, представленном на чертеже, на котором показано:

фиг.1 - соответствующий изобретению переключатель ступеней нагрузки на схематичном изображении сверху.

Основным несущим элементом для всего переключателя ступеней нагрузки является несущая пластина 1 из изоляционного материала. Непосредственно на этой несущей пластине 1 или, как показано на данной фигуре, на отдельной дополнительной несущей пластине 1а закреплен приводной электродвигатель 2, например, асинхронный трехфазный двигатель или же моментный двигатель или же шаговый привод.

На несущей пластине 1 вдоль линейной траектории, которая на фиг.1 обозначена штрихпунктирной линией, расположены неподвижные контакты 3 селектора в каждом случае на одинаковом расстоянии друг от друга. Каждый из этих электропроводящих контактов 3 селектора находится в электрическом соединении с ответвлением регулировочной обмотки ступенчатого трансформатора, который должен подключаться посредством переключателя ступеней нагрузки.

Уже разъясненный приводной двигатель 2 приводит в движение изолирующий вал 4, который со своей стороны соосно соединен с ходовым винтом 5. В рамках изобретения также возможно то, что приводной двигатель 2 непосредственно приводит в движение, как правило, металлический ходовой винт 5, тем не менее, по причинам электрической прочности введение описанного изолирующего вала 4 является во многих случаях целесообразным.

Ходовой винт 5 проходит параллельно к траектории неподвижных контактов 3 селектора. Он опирается с возможностью вращения на двух опорах подшипника 5.1 и 5.2 и зафиксирован в своем положении.

На ходовом винте 5 вращается ходовая гайка 6, которая в свою очередь служит опорой для блока 7 контактов, который совместно с ходовой гайкой 6 перемещается в продольном направлении, то есть в направлении штрихпунктирной линии, в обоих направлениях, если вращается ходовой винт 5.

На блоке 7 контактов селектора неподвижно расположен контактодержатель 8 из изоляционного материала, который в свою очередь служит опорой для двух подвижных контактов 9 и 10 селектора. Понятие "подвижные" означает то, что оба контакта 9 и 10 селектора неподвижно и, будучи установлены на расстоянии друг от друга, закреплены на контактодержателе 8 и перемещаются совместно с ним в продольном направлении, если вращается ходовой винт 5.

Оба подвижных контакта 9 и 10 селектора имеют такие геометрические размеры, что они - в зависимости от положения - электрически подключают неподвижные контакты 3 селектора.

Расстояние между обоими параллельными подвижными контактами 9, 10 селектора и продольная протяженность неподвижных контактов 3 селектора выбраны таким образом, что возможно как подключение двух соседних неподвижных контактов селектора (мостовое подключение) посредством в каждом случае одного из подвижных контактов 9 или 10 селектора, так и совместное прилегание обоих подвижных контактов 9 и 10 селектора к одному из неподвижных контактов 3 селектора.

На несущей пластине 1 параллельно друг к другу и параллельно как к траектории неподвижных контактов 3 селектора, так и параллельно к ходовому винту 5 вдоль изображенной штрихпунктирной линии находятся контактные и направляющие рельсы 11 и 12 из электропроводящего материала, которые выполняют двойную функцию: с одной стороны они обеспечивают механическое направление подвижного в продольном направлении блока 7 контактов селектора, а с другой стороны они служат для электрического соединения подвижных контактов 9, 10 селектора W переключателя ступеней нагрузки c переключательными элементами переключателя LU нагрузки переключателя ступеней нагрузки, что поясняется далее ниже более детально.

На своем отвернутом от приводного двигателя 2 конце ходовой винт 5 механически соединен с передаточным механизмом 13, другая сторона которого имеет другой вращающийся изолирующий вал 14, который опирается с возможностью вращения на двух других опорах подшипника 14.1 и 14.2 и который зафиксирован в своем положении.

На изолирующем валу 14 неподвижно расположен кулачковый диск 15 (или похожее, сходное по своим функциональным возможностям устройство управления).

С обеих сторон от изолирующего вала 14 расположены переключательные средства переключателя LU нагрузки, в данном случае две вакуумные переключательные лампы 16 и 17. Их приведение в действие осуществляется посредством в каждом случае одного управляющего ролика 18 или соответственно 19, которые двигаются по контуру кулачкового диска 15.

В рамках изобретения возможно то, что оба управляющих ролика 18, 19 двигаются по одному и тому же (единственному) контуру, например, по торцу; также для каждого из управляющих роликов 18 и 19 возможно предусматривать отдельный контур на кулачковом диске 15. Передача движения проходящих по кулачковому диску 15 управляющих роликов 18, 19 осуществляется посредством поворотных рычагов 20, 21 в каждом случае на подвижный толкатель вакуумных переключательных ламп 16 и 17.

Также возможно предусматривать больше чем один подобный кулачковый диск. Так, например, каждая вакуумная переключательная лампа может иметь собственный кулачковый диск для своего приведения в действие. В рамках изобретения также возможно вместо вакуумных переключательных ламп предусматривать другие переключательные элементы, например, механические контакты.

Благодаря разъясненному передаточному механизму 13 простым образом возможно предусматривать первое удельное число оборотов ходового винта 5 для приведения в действие селектора W и тем самым для приведения в действие контактов 9, 10 селектора из одного рабочего положения в соседнее следующее рабочее положение посредством перемещения блока 7 контактов селектора, а, кроме того, возможно предусматривать второе удельное число оборотов за переключение нагрузки для кулачкового диска 15. В рамках изобретения также возможно для неподвижных контактов 3 селектора, подвижных контактов 9, 10 селектора W и для кулачкового диска 15 переключателя LU нагрузки задавать такие геометрические размеры, что ходовой винт 5, вращаемый приводным двигателем 2, приводит в действие указанные конструктивные элементы непосредственно без промежуточного включения передаточного механизма.

Электрическое соединение в каждом случае одного из подвижных (совместно) контактов 9 или 10 селектора с соответственно одним из обоих контактных и направляющих рельсов 11 или соответственно 12 осуществляется в каждом случае посредством электрического провода 22, 23. Электрическое соединение этих обоих контактных и направляющих рельсов 11 или соответственно 12 с вакуумными переключательными лампами 16, 17 осуществляется посредством других электрических проводов 24, 25. Наконец электрическое соединение другой стороны вакуумных переключательных ламп 16, 17 с не изображенным выводом нагрузки осуществляют другие электрические провода 26, 27.

Принцип действия соответствующего изобретению переключателя ступеней нагрузки состоит в следующем:

Выше уже было описано то, что допустимыми, стационарными, рабочими положениями являются как контактирование одного неподвижного контакта 3 селектора посредством обоих подвижных контактов 9, 10 селектора, так и мостовое контактирование двух соседних неподвижных контактов 3 селектора посредством в каждом случае одного из подвижных контактов 9 или 10 селектора. В показанном на фиг.1 примере осуществления селектор W имеет шесть неподвижных контактов 3 селектора; в итоге, таким образом, получаются одиннадцать стационарных положений. Другими словами: могут устанавливаться одиннадцать различных напряжений.

Для начала переключения нагрузки на приводной двигатель 2 подается электричество; ходовой винт 5 вращается. Тем самым в зависимости от направления вращения ходового винта 5 блок 7 контактов селектора с контактодержателем 8 и обоими подвижными контактами 9, 10 селектора перемещается вверх или вниз, то есть в направлении регулировки напряжения "выше" или "ниже". Эти направления чередуются при каждом переключении с мостового на немостовое положение и наоборот. Одновременно вращается изолирующий вал 14 и вместе с ним кулачковый диск 15; наиболее предпочтительно - посредством промежуточного передаточного механизма 13 - на угол в 180° или же в 360°. В дальнейшем отклоняются управляющие ролики 18, 19; это движение используется поворотными рычагами 20, 21 для приведения в действие вакуумных переключательных ламп 16, 17. При этом в зависимости от специфики переключения ток нагрузки переключается с первоначального положения подвижных контактов 9, 10 селектора на их новое положение.

Переключение выполнено; приводной двигатель 2 останавливается подходящими, известными специалисту и не изображенными здесь средствами управления и/или торможения.

Соответствующий изобретению переключатель ступеней нагрузки имеет исключительно простую и компактную конструкцию и работает без аккумулятора энергии. При помощи лишь одного единственного вращательного движения управляемого электродвигателя приводятся в действие как селектор W, так и переключатель LU нагрузки.

Благодаря своему весьма компактному исполнению и исключительно небольшому занимаемому пространству соответствующий изобретению переключатель ступеней нагрузки можно предпочтительно располагать внутри ступенчатого трансформатора в однофазных модулях непосредственно в области соответствующей обмотки, в промежутках обмотки, или в других подходящих местах внутри масляного бака трансформатора.

Подобные расположения в принципе уже были предложены в DE 202010011521 U1, DE 202010011524 U1 и, прежде всего, в DE 202010012811 U1. Их техническая реализация до сих пор была невозможной из-за большого занимаемого пространства известных переключателей ступеней нагрузки с их, как правило, расположениями стержней или изоляционных цилиндров по окружности, которые лишь плохо подходят к геометрическому профилю доступного пространства в промежутках обмотки. Помимо профиля известные переключатели ступеней нагрузки с их сложными аккумуляторами энергии не подходят для этих уже предложенных случаев использования также из-за их протяженности в вертикальном направлении.

Изобретение раскрывает подходящий переключатель ступеней нагрузки для подобных инновационных использований.

Данное изобретение относится к переключателю ступеней нагрузки для безразрывного переключения между различными ответвлениями обмотки ступенчатого трансформатора. При этом как блок (7) контактов селектора, так и переключательные средства (16, 17) для безразрывного переключения нагрузки приводятся в действие совместно без промежуточного включения аккумулятора энергии при помощи ходового винта (5), который вращается приводным двигателем (2) при переключении. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Переключатель ступеней нагрузки для безразрывного переключения между различными ответвлениями обмотки ступенчатого трансформатора, состоящий из селектора и переключателя нагрузки,

- причем селектор имеет неподвижные контакты селектора, которые расположены вдоль линейной направляющей, причем каждый из неподвижных контактов находится в электрическом соединении с отдельными ответвлениями обмотки ступенчатого трансформатора,

- причем неподвижные контакты селектора выполнены с возможностью выборочного подключения посредством двух перемещаемых в продольном направлении подвижных контактов селектора,

- причем для безразрывного переключения для каждой фазы в переключателе нагрузки предусмотрены переключательные элементы и

- причем предусмотрен моторный привод с приводным двигателем, выполненный с возможностью инициирования процесса переключения переключателя ступеней нагрузки,

отличающийся тем, что оба подвижных контакта (9, 10) селектора (W) и переключательные средства (16, 17) переключателя (LU) нагрузки выполнены с возможностью непосредственного приведения в действие при помощи приводного двигателя (2) для безразрывного переключения без промежуточного включения аккумулятора энергии.

2. Переключатель ступеней нагрузки по п. 1, отличающийся тем, что:

- инициированное приводным двигателем (2) моторного привода вращательное движение может непосредственно передаваться на ходовой винт (5)

- и посредством вращающегося ходового винта (5) могут приводиться в действие как подвижные контакты (9, 10) селектора, так и переключательные средства (16, 17) для безразрывного переключения.

3. Переключатель ступеней нагрузки по п. 2, отличающийся тем, что:

- на ходовом винте (5) размещена ходовая гайка (6), выполненная с возможностью перемещения в направлении линейной направляющей,

- и ходовая гайка (6) служит опорой для блока (7) контактов селектора, на котором подвижные контакты (9, 10) селектора неподвижно и, будучи установлены на расстоянии друг от друга, закреплены и выполнены с возможностью приведения в действие совместно с блоком (7) контактов селектора.

4. Переключатель ступеней нагрузки по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что расстояние между обоими параллельными подвижными контактами (9, 10) селектора и продольная протяженность неподвижных контактов (3) селектора выбраны таким образом, что возможно как подключение двух соседних неподвижных контактов селектора посредством соответственно одного из подвижных контактов (9 или 10) селектора, так и совместное прилегание обоих подвижных контактов (9 и 10) селектора к одному из неподвижных контактов (3) селектора.

5. Переключатель ступеней нагрузки по любому из пп. 2-3, отличающийся тем, что:

- переключатель ступеней нагрузки расположен на несущей пластине (1),

- на несущей пластине (1) параллельно друг к другу и параллельно как к траектории неподвижных контактов (3) селектора, так и параллельно к ходовому винту (5) вдоль траектории находятся контактные и направляющие рельсы (11 и 12) из электропроводящего материала, которые, с одной стороны, обеспечивают механическое направление подвижного в продольном направлении блока (7) контактов селектора, а с другой стороны, служат для электрического соединения подвижных контактов (9, 10) селектора (W) переключателя ступеней нагрузки с переключательными элементами (16, 17) переключателя (LU) нагрузки.

6. Переключатель ступеней нагрузки по любому из пп. 2-3, отличающийся тем, что:

- переключательные элементы являются вакуумными переключательными лампами (16, 17),

- их приведение в действие осуществляется управляющими роликами (18, 19), которые соответствуют по меньшей мере одному контуру по меньшей мере одного кулачкового диска (15), и

- по меньшей мере один кулачковый диск (15) находится в механическом соединении с ходовым винтом (5).

7. Переключатель ступеней нагрузки по п. 6, отличающийся тем, что по меньшей мере один кулачковый диск (15) находится в механическом соединении с ходовым винтом (5) при помощи промежуточного передаточного механизма (13).

8. Переключатель ступеней нагрузки по п. 5, отличающийся тем, что:

- электрический провод (22, 23) выполнен с возможностью электрического соединения соответственно одного из подвижных контактов (9 или 10) селектора с соответственно одним из обоих контактных и направляющих рельсов (11 или соответственно 12),

- электрические провода (24, 25) выполнены с возможностью электрического соединения этих обоих контактных и направляющих рельсов (11 или соответственно 12) с вакуумными переключательными лампами (16, 17) и

- электрические провода (26, 27) выполнены с возможностью последующего электрического соединения стороны вакуумных переключательных ламп (16, 17), на которой размещены управляющие ролики (18, 19), с выводом нагрузки.

9. Переключатель ступеней нагрузки по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что переключатель ступеней нагрузки расположен внутри ступенчатого трансформатора в однофазных модулях непосредственно в области соответствующей обмотки, в промежутках обмотки, или внутри масляного бака трансформатора.