УСТРОЙСТВО ДЕКОДИРОВАНИЯ ВОЗВРАЩЕНИЯ В ИСХОДНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ, ПРИВОД МЕХАНИЗМА РАЗЪЕДИНЕНИЯ КОНТАКТОВ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ, ЭЛЕТРИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ И ПРИМЕНЕНИЕ НАВЕДЕННОГО ТОКА ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ СИГНАЛА ИНДИКАЦИИ ВОЗВРАЩЕНИЯ В ИСХОДНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ Российский патент 2018 года по МПК H01H71/00 H01H3/00 G01R19/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству детектирования возвращения в исходное положение электрического выключателя.

Настоящее изобретение также относится к приводу механизма разъединения неподвижных и подвижных контактов электрического выключателя.

Настоящее изобретение также относится к такому электрическому выключателю.

Настоящее изобретение также относится к применению электрического импульса, соответствующего току, наведенному в катушке такого исполнительного устройства.

Предшествующий уровень техники

Из документа WO 2007/137938 A1 известно устройство детектирования, предназначенное для установки в электрическом выключателе. Электрический выключатель может находиться в трех возможных положениях, а именно: в положении «Пуск», положении «Остановка» и положении «Выключено»; причем переход из положения «Пуск» в положение «Выключено» соответствует выключению выключателя, осуществляемому автоматически во время обнаружения неисправности электрической сети, такой как короткое замыкание. Электрический выключатель содержит корпус, на котором установлена исполнительная ручка, поворачивающаяся вокруг оси или вращающаяся; причем ручка перемещается между тремя положениями, которые соответствуют трем состояниям выключателя.

Устройство детектирования позволяет определять положение выключателя в соответствии с тремя возможными состояниями и содержит подвижную пластину, совершающую поступательные перемещения и механически соединенную с ручкой выключателя и способную занимать три положения, соответствующие трем состояниям выключателя. На подвижной пластине удерживается магнитное устройство с одним или двумя постоянными магнитами, предназначенными для приведения в действие микроконтактных прерывателей согласно двум их положениям.

Однако такое устройство детектирования является относительно дорогим и требует механического соединения с ручкой выключателя.

Краткое изложение сущности изобретения

Таким образом, задача изобретения - предложить устройство детектирования возвращения в исходное положение выключателя, который будет более легким в применении и одновременно менее дорогим.

С этой целью объектом изобретения является устройство детектирования, содержащее средства генерирования сигнала индикации возвращения в исходное положение на основе электрического импульса; причем электрический импульс соответствует электрическому току, наведенному в катушке путем перемещения подвижного сердечника из его рабочего положения в его нерабочее положение во время возвращения в исходное положение выключателя.

Устройство детектирования согласно изобретению позволяет, таким образом, определять возвращение в исходное положение выключателя без использования датчика положения, соединенного с ручкой выключателя.

В соответствии с другими предпочтительными аспектами изобретения устройство детектирования обладает одной или множеством следующих отличительных особенностей, рассматриваемых по отдельности или в технически возможных сочетаниях:

средства генерирования имеют каскад фильтрации электрического импульса, причем каскад фильтрации содержит предпочтительно параллельно соединенные конденсатор и сопротивление;

средства генерирования имеют каскад преобразования электрического импульса в сигнал прямоугольной формы;

средства генерирования дополнительно содержат каскад дифференциального усиления, присоединенный между каскадом фильтрации и каскадом преобразования;

каскад преобразования содержит компаратор с опорным напряжением.

Объектом изобретения также является привод механизма разъединения неподвижных и подвижных контактов электрического выключателя; причем выключатель содержит неподвижные и подвижные контакты; причем подвижный контакт выполнен с возможностью перемещаться между разомкнутым положением, в котором неподвижные и подвижные контакты разъединены, и замкнутым положением, в котором подвижный контакт упирается в неподвижный контакт, механизм разъединения контактов и ручку возврата в исходное положение механизма из разомкнутого положения в замкнутое положение подвижного контакта; причем привод содержит электромагнитную катушку и подвижный сердечник, перемещающийся между нерабочим положением и рабочим положением, в котором механизм разъединения приведен в действие; причем катушка выполнена с возможностью вызывать перемещение подвижного сердечника из его нерабочего положения в его рабочее положение, в котором привод дополнительно содержит устройство, которое было определено выше, возвращения в исходное положение выключателя.

Объектом изобретения также является электрический выключатель, содержащий неподвижные и подвижные контакты; причем подвижный контакт выполнен с возможностью перемещаться между разомкнутым положением, в котором неподвижные и подвижные контакты разъединены, и замкнутым положением, в котором подвижный контакт упирается в неподвижный контакт, механизм разъединения контактов, ручку возврата в исходное положение механизма из разомкнутого положения в замкнутое положение подвижного контакта, и привод механизма разъединения, в котором привод является таковым, как описанное выше.

Объектом изобретения также является применение электрического импульса, соответствующего электрическому току, наведенному в катушке исполнительного устройства механизма разъединения неподвижных и подвижных контактов электрического выключателя, для генерирования сигнала индикации возвращения в исходное положение выключателя; причем ток наводится в катушке путем перемещения подвижного сердечника из его рабочего положения в его нерабочее положение во время возвращения в исходное положение выключателя; причем подвижный сердечник включен в привод.

Краткое описание чертежей

Эти отличительные особенности и преимущества изобретения станут видны во время изучения нижеследующего описания, приводимого исключительно в качестве примера, не имеющего ограничительного характера, со ссылкой на прилагаемые фигуры чертежа, на которых:

фиг. 1 представляет собой схематическое изображение выключателя согласно изобретению, причем выключатель содержит неподвижные и подвижные контакты, механизм разъединения контактов и привод механизма разъединения;

фиг. 2 и 3 представляют собой виды в разрезе исполнительного устройства, согласно фиг. 1; причем привод содержит электромагнитную катушку, подвижный сердечник, перемещающийся между нерабочим положением и рабочим положением, в котором механизм разъединения приведен в действие, и устройство детектирования возвращения в исходное положение выключателя; причем сердечник находится в нерабочем положении (фиг. 2) и в рабочем положении (фиг. 3);

фиг. 4 изображает электрическую схему устройства детектирования согласно первому варианту практической реализации изобретения; причем устройство детектирования содержит средства генерирования сигнала индикации возвращения в исходное положение выключателя на основе электрического импульса; причем электрический импульс соответствует электрическому току, наведенному в катушке путем перемещения подвижного сердечника из его рабочего положения в его нерабочее положение во время возвращения в исходное положение выключателя;

фиг. 5 показывает совокупность кривых, изображающих, соответственно, электрический импульс и генерированный сигнал индикации;

фиг. 6 представляет собой вид, аналогичный представленному на фиг. 4, согласно второму варианту практической реализации изобретения.

Описание предпочтительных вариантов воплощения

Как показано на фиг. 1, электрический выключатель 10 содержит, как известно, неподвижный электрический контакт 12 и подвижный электрический контакт 14; причем подвижный контакт 14 способен перемещаться между разомкнутым положением, в котором неподвижные и подвижные контакты 12, 14 разъединены, и замкнутым положением, в котором подвижный контакт 14 упирается в неподвижный контакт 12.

Электрический выключатель 10 содержит механизм 16 разъединения контактов, ручку 18 возвращения в исходное положение механизма из разомкнутого положения в замкнутое положение подвижного контакта и привод 20 механизма разъединения; причем и ручка возвращения в исходное положение 18, и привод 20 механически соединены с механизмом разъединения 16.

Электрический выключатель 10 содержит датчик 22 тока, перемещающегося в электрическом проводнике 24, который соединен с неподвижным контактом 12. Электрический выключатель 10 содержит устройство обработки данных 26, соединенное с датчиком тока 22; причем устройство обработки данных 26 способно управлять размыканием электрического выключателя, т. е. разъединением контактов 12, 14, посредством привода 20 и механизма разъединения 16 после обнаружения неисправности электрической сети при помощи датчика тока 22.

Электрический выключатель 10 содержит сигнальное устройство 28, соединенное с устройством обработки данных 26 и предназначенное для сигнализации о состоянии электрического выключателя 10 внешнему электронному устройству (не показано); причем сигнальное устройство 28 соединено с внешним устройством, например, посредством линии радиосвязи.

Механизм разъединения 16 выполнен с возможностью разъединять контакты 12, 14, когда он приводится в действие посредством привода 20. Другими словами, механизм разъединения выполнен с возможностью осуществлять перевод подвижного контакта 14 из замкнутого положения в разомкнутое положение.

Ручка возвращения в исходное положение 18 выполнена с возможностью возвращать в исходное положение механизм разъединения 16, т. е. осуществлять перевод подвижного контакта 14 из разомкнутого положения в замкнутое положение посредством механизма разъединения 16. Ручка возвращения в исходное положение 18, например, приводится в действие вручную. Таким образом, в целом речь идет о возвращении в исходное положение прерывателя 10.

Привод 20 содержит размыкающее реле 30, соединенное, с одной стороны, с устройством обработки данных 26 посредством канала передачи данных 32 и, с другой стороны, механически соединенное с механизмом разъединения 16. Привод 20 содержит также устройство детектирования 35 возвращения в исходное положение прерывателя; причем устройство детектирования 35 соединено с каналом передачи данных 32 в точках соединения 36A, 36B.

Датчик тока 22 содержит тороидальный сердечник, расположенный вокруг электрического проводника 24 и выполненный с возможностью измерять силу тока, протекающего в электрическом проводнике.

Устройство обработки данных 26 выполнено с возможностью определять неисправность электрической сети, такую как короткое замыкание в электрическом проводнике 24, в частности, при помощи силы тока, измеренной датчиком тока 22, и управлять размыканием выключателя 10 после обнаружения такой неисправности. Устройство обработки данных 26, таким образом, выполнено с возможностью генерировать управляющий сигнал на разъединение контактов 12, 14 и на его передачу в размыкающее реле 30 посредством канала передачи данных 32.

Сигнальное устройство 28 способно передавать данные о выключателе на внешнее устройство; причем передаваемые данные включают в себя, в частности, состояние выключателя, положение подвижного контакта 12 между его разомкнутым положением и его замкнутым положением, обнаружение возможной неисправности на электрическом проводнике 24...

Размыкающее реле 30, показанное на фиг. 2 и 3, содержит электромагнитную катушку 38 и подвижный сердечник 40, перемещающийся между нерабочим положением и рабочим положением, в котором механизм разъединения 16 приведен в действие; причем катушка 38 выполнена с возможностью обеспечить перемещение подвижного сердечника 40 из его нерабочего положения в его рабочее положение.

Размыкающее реле 30 содержит постоянный магнит 42, выполненный с возможностью оказывать воздействие силы притяжения на подвижный сердечник 40, причем последний предпочтительно выполнен из ферромагнитного материала. Размыкающее реле 30 содержит пружину 44, способную образовывать тяговое усилие на подвижный сердечник 40; причем данное тяговое усилие противодействует силе притяжения постоянного магнита 42, направленной на упомянутый сердечник.

Размыкающее реле 30 представляет собой реле с постоянным магнитом, удерживаемым в рабочем положении посредством напряженности магнитного поля магнита 42, которое выше, чем тяговое усилие пружины 44; причем реле переводится в нерабочее положение, когда ток движется в катушке 38 и создает поток магнитной индукции, противоположный потоку магнитной индукции постоянного магнита 42.

В случае, когда реле 30 приведено в рабочее положение, подвижный сердечник 40 находится в контакте с постоянным магнитом 42; причем между подвижным сердечником 40 и постоянным магнитом 42, в случае необходимости, размещается прокладка 46, как это показано на фиг. 2.

В нерабочем положении реле 30 подвижный сердечник 40 находится на удалении от постоянного магнита 42; причем тяговое усилие пружины 44, добавляемое к потоку, создаваемому катушкой 38, приводит к удалению подвижного сердечника 40 относительно постоянного магнита 42, как это изображено на фиг. 3.

Переход из нерабочего положения в положение приведения в рабочее положение реле 30 (стрелка F) во время возвращения в исходное положение электрического выключателя 10 приводит к образованию электрического тока, наведенного в катушке 38.

Устройство детектирования 35 содержит, согласно изобретению, средства 50 генерирования на выходной клемме 52 сигнала 54 индикации возвращения в исходное положение на базе электрического импульса 56, как показано на фиг. 4; причем сигнал индикации 54 и электрический импульс 56 изображены на фиг. 5.

Средства генерирования 50, показанные на фиг. 4, содержат каскад 58 фильтрации электрического импульса; причем каскад 58 фильтрации содержит предпочтительно соединенные параллельно конденсатор 60 и сопротивление 62.

Средства генерирования 50 содержат каскад 64 преобразования электрического импульса 56 в сигнал прямоугольной формы, также называемый сигналом прямоугольных импульсов противоположной полярности, который соответствует сигналу индикации 54.

В дополнение в примере практического осуществления, представленном на фиг. 4, средства генерирования 50 дополнительно содержат каскад 66 дифференциального усиления, подсоединенный между каскадом 58 фильтрации и каскадом 64 преобразования.

Выходная клемма 52, например, соединена с сигнальным устройством 28 для передачи сигнала индикации 54 в сигнальное устройство 28.

Сигнал индикации 54, например, является сигналом прямоугольной формы, как изображено на фиг. 5, причем такой сигнал прямоугольной формы легко поддается распознанию сигнальным устройством 28.

Электрический импульс 56 соответствует электрическому току, наведенному в катушке 38 путем перемещения подвижного сердечника 40 из его рабочего положения в его нерабочее положение во время возвращения в исходное положение прерывателя 10. На электрической схеме, представленной на фиг. 4, электрический импульс 56 соответствует напряжению V₁, т. е. напряжению в точке соединения 36A.

Каскад 58 фильтрации подсоединен между точками соединения 36A, 36B и, в свою очередь, соединен на входе каскада 66 дифференциального усиления.

Каскад 64 преобразования содержит, например, первый операционный усилитель 68, одна из входных клемм которого находится под опорным напряжением V_DD, а другая входная клемма соединена с выходом каскада 66 дифференциального усиления; причем выходная клемма операционного усилителя 68 соединена с выходной клеммой 52. Первый операционный усилитель 68 образует компаратор электрического импульса 56, принимаемого на входе с опорным напряжением V_DD.

Каскад 66 дифференциального усиления содержит, например, второй операционный усилитель 70, одна из входных клемм которого находится под напряжением V₁, а другая входная клемма соединена с цепью управления 72, которая способна генерировать управляющий сигнал на основе напряжения V₂.

Таким образом, когда выключатель 10 возвращен в исходное положение путем, например, приведения в действие вручную ручки возвращения в исходное положение 18, размыкающее реле 30 переходит из своего нерабочего положения в свое положение приведения в исходное положение; причем подвижный сердечник 40 перемещается, таким образом, в направлении стрелки F, как показано на фиг. 3, что приводит к образованию электрического тока, наведенного в электромагнитной катушке 38. Электрический импульс 56, соответствующий данному наведенному току, принимается устройством детектирования 35 между точками соединения 36A, 36B.

Принятый электрический импульс 56, таким образом, сначала фильтруется каскадом 58 фильтрации перед усилением в каскаде 66 дифференциального усиления, а затем, перед преобразованием в каскаде 64 преобразования, в сигнал 54 индикации возвращения в исходное положение. Сигнал 54 индикации возвращения в исходное положение передается в сигнальное устройство 28 для того, чтобы информация о возвращении в исходное положение электрического выключателя 10 была передана во внешнее устройство.

Электрический импульс 56, соответствующий электрическому току, наведенному в катушке 38 исполнительного устройства 20 механизма 16 разъединения неподвижных и подвижных контактов 12, 14 электрического выключателя 10, использован, таким образом, для генерирования сигнала 54 индикации возвращения в исходное положение выключателя 10; причем ток наводится в катушке 38 путем перемещения подвижного сердечника 40 из его рабочего положения в его нерабочее положение во время возвращения в исходное положение выключателя 10.

Понятно, таким образом, что устройство детектирования 35 согласно изобретению, в частности, легко в применении, поскольку его достаточно подсоединить между размыкающим реле 30 и устройством обработки данных 26, при этом оно является недорогим при отсутствии датчика положения.

Фиг. 6 изображает второй вариант практической реализации изобретения, в котором одинаковые с первым вариантом практической реализации конструктивные элементы обозначены идентичными цифровыми позициями.

Согласно второму варианту практической реализации, средства генерирования 50 не содержат каскад дифференциального усиления, а каскад 58 фильтрации соединен напрямую с входом каскада 64 преобразования.

Согласно данному второму варианту практической реализации, точка соединения 36B обозначена на массе 80 электронного устройства.

Первый операционный усилитель 68 каскада преобразования соединен на входе, с одной стороны, с выходом каскада 58 фильтрации, с другой стороны, с опорным напряжением V_ref; причем первый операционный усилитель 68 соединен на выходе с выходной клеммой 52.

Порядок функционирования данного второго варианта практической реализации аналогичен функционированию согласно первому варианту практической реализации, описание которого приведено ранее, и вновь описываться не будет.

Описание преимуществ данного второго варианта практической реализации, аналогичных преимуществам первого варианта практической реализации, повторно не приводятся. Устройство детектирования 35 согласно второму варианту практической реализации дополнительно упрощено, поскольку оно не содержит каскада дифференциального усиления.

Понятно также, что устройство детектирования 35 согласно изобретению, в частности, просто в применении и при этом недорогое.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройству детектирования (35), которое позволяет определять возвращение в исходное положение электрического выключателя (10). Электрический выключатель (10) содержит неподвижные (12) и подвижные (14) контакты; причем подвижный контакт (14) выполнен с возможностью перемещаться между разомкнутым положением, в котором неподвижные и подвижные контакты (12, 14) разъединены, и замкнутым положением, в котором подвижный контакт (14) упирается в неподвижный контакт (12), механизм (16) разъединения контактов (12, 14), ручку (18) возвращения в исходное положение механизма (16) из разомкнутого положения в замкнутое положение подвижного контакта (14), и привод (20) механизма разъединения (16); причем привод (20) содержит электромагнитную катушку и подвижный сердечник, перемещающийся между нерабочим положением и рабочим положением, в котором механизм разъединения (16) приведен в действие; причем катушка выполнена с возможностью вызывать перемещение подвижного сердечника из его нерабочего положения в его рабочее положение. Устройство детектирования (35) содержит средства генерирования сигнала индикации возвращения в исходное положение на основе электрического импульса, при этом электрический импульс соответствует электрическому току, наведенному в катушке путем перемещения подвижного сердечника из его рабочего положения в его нерабочее положение во время возвращения в исходное положение выключателя. Повышение надежности возвращения выключателя в исходное положение при упрощении выполнения устройства детектирования (без использования датчика положения) является техническим результатом изобретения. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство (35) детектирования возвращения в исходное положение электрического выключателя (10); причем выключатель (10) содержит неподвижный (12) и подвижный (14) контакты; причем подвижный контакт (14) выполнен с возможностью перемещаться между разомкнутым положением, в котором неподвижный и подвижный контакты (12, 14) разъединены, и замкнутым положением, в котором подвижный контакт (14) упирается в неподвижный контакт (12), механизм (16) разъединения контактов (12, 14), ручку (18) возвращения в исходное положение механизма (16) из разомкнутого положения в замкнутое положение подвижного контакта (14), привод (20) механизма разъединения (16); причем привод (20) содержит электромагнитную катушку (38) и подвижный сердечник (40), перемещающийся между нерабочим положением и рабочим положением, в котором механизм разъединения (16) приведен в действие; причем катушка (38) выполнена с возможностью вызывать перемещение подвижного сердечника (40) из его нерабочего положения в его рабочее положение,

причем устройство (35) детектирования отличается тем, что оно содержит средства (50) генерирования сигнала индикации возвращения в исходное положение на основе электрического импульса (56); причем электрический импульс (56) соответствует электрическому току, наведенному в катушке (38) путем перемещения подвижного сердечника (40) из его рабочего положения в его нерабочее положение во время возвращения в исходное положение выключателя (10).

2. Устройство (35) по п. 1, в котором средства генерирования содержат каскад (58) фильтрации электрического импульса (56), причем каскад (58) фильтрации содержит предпочтительно параллельно соединенные конденсатор (60) и сопротивление (62).

3. Устройство (35) по пп. 1 или 2, в котором средства генерирования (50) содержат каскад (64) преобразования электрического импульса (56) в сигнал прямоугольной формы (54).

4. Устройство (35) по п. 2, в котором средства генерирования (50) содержат каскад (64) преобразования электрического импульса (56) в сигнал прямоугольной формы (54) и дополнительно содержат каскад (68) дифференциального усиления, присоединенный между каскадом (58) фильтрации и каскадом (64) преобразования.

5. Устройство (35) по п. 3, в котором каскад (64) преобразования содержит компаратор (68) с опорным напряжением.

6. Устройство (35) по п. 4, в котором каскад (64) преобразования содержит компаратор (68) с опорным напряжением.

7. Привод (20) механизма (16) разъединения неподвижного и подвижного контактов (12, 14) электрического выключателя (10); причем выключатель (10) содержит неподвижный (12) и подвижный (14) контакты; причем подвижный контакт (14) выполнен с возможностью перемещаться между разомкнутым положением, в котором неподвижный и подвижный контакты (12, 14) разъединены, и замкнутым положением, в котором подвижный контакт (14) упирается в неподвижный контакт (12), механизм (16) разъединения контактов (12, 14) и ручку (18) возвращения в исходное положение механизма (16) из разомкнутого положения в замкнутое положение подвижного контакта (14); причем привод (20) содержит электромагнитную катушку (38) и подвижный сердечник (40), перемещающийся между нерабочим положением и рабочим положением, в котором механизм разъединения (16) приведен в действие; причем катушка (38) выполнена с возможностью вызывать перемещение подвижного сердечника (40) из его нерабочего положения в его рабочее положение,

отличающийся тем, что он дополнительно содержит устройство (35) детектирования возвращения в исходное положение выключателя (10) по любому из пп. 1-6.

8. Электрический выключатель (10), содержащий неподвижный (12) и подвижный (14) контакты; причем подвижный контакт (14) выполнен с возможностью перемещаться между разомкнутым положением, в котором неподвижный и подвижный контакты (12, 14) разъединены, и замкнутым положением, в котором подвижный контакт (14) упирается в неподвижный контакт (12), механизм (16) разъединения контактов (12, 14), ручку (18) возвращения в исходное положение механизма (16) из разомкнутого положения в замкнутое положение подвижного контакта и привод (20) механизма разъединения (16),

отличающийся тем, что привод (20) выполнен согласно п. 7.