АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ С ВАКУУМНЫМИ ПРЕРЫВАТЕЛЯМИ И ПРИВОДОМ И СПОСОБ ЕГО РАБОТЫ Российский патент 2021 года по МПК H01F7/12 

Изобретение относится к выключателю среднего напряжения с вакуумными прерывателями и приводом, а также к способу его работы, причем привод оснащен магнитным исполнительным механизмом с магнитопроводом и якорем, причем по меньшей мере магнитопровод или якорь является подвижным, и подвижная часть привода соединена с подвижной частью переключателя, а магнитопровод оснащен катушкой возбуждения, в соответствии с ограничительной частью п. 1 формулы изобретения.

Для автоматического выключателя (АВ) среднего напряжения с магнитными исполнительными механизмами в существующем уровне техники устройство приводят в действие, подавая определенный ток или профиль тока или напряжения, который приводит к возникновению тока в катушке исполнительного механизма. Упомянутый ток создает силу для запуска упомянутой операции. Скорость этой операции будет результатом силы магнитного исполнительного механизма и других факторов, таких как массы, усилие пружины и трение.

Такие факторы, как усилие пружины и трение, могут отличаться, например из-за производственных допусков или из-за колебаний температуры. В результате скорость работы может отличаться от одного АВ к другому, а также от операции к операции.

Если скорость работы слишком низкая, электрическая дуга может повредить переключающие контакты, или контактные сварные швы не разомкнутся. Если скорость слишком высока, то механические удары могут сократить механический срок службы выключателя.

В зависимости от диапазона колебаний скорости и применения автоматического выключателя эти различия в скорости работы могут быть допустимыми или недопустимыми. Если это недопустимо, то магнитный исполнительный механизм может, например, быть оснащен регулятором скорости, содержащим измерение скорости, контроллер скорости и средство регулировки тока катушки. Однако подобная система состоит из многих частей и поэтому является сравнительно дорогой и ненадежной.

Таким образом, цель изобретения заключается в создании вихревых токов в исполнительном механизме привода вышеупомянутого автоматического выключателя (АВ) очень эффективным и саморегулирующимся, но конструктивно простым способом, чтобы скорость работы упомянутого АВ была ограничена. Чем быстрее работает выключатель, тем сильнее эффект демпфирования из-за вихревых токов.

В этом изобретении предложено использовать специальные вихретоковые обмотки внутри магнитного исполнительного механизма для снижения скорости срабатывания, если она слишком высокая.

Таким образом, суть изобретения состоит в том, что катушку возбуждения активно приводят в действие путем активации с помощью электрической энергии, при этом магнитопровод оснащен по меньшей мере одной пассивной катушкой, которая связана с катушкой возбуждения только индуктивно.

В другом предпочтительном варианте осуществления пассивная катушка выровнена последовательно внутри магнитопровода таким образом, что линии магнитного поля внутри катушек параллельны.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления пассивная катушка выровнена последовательно внутри или снаружи активной катушки таким образом, что линии магнитного поля внутри катушек параллельны.

В другом предпочтительном варианте осуществления три пассивных катушки расположены вокруг каждого стержня E-образного магнитопровода.

В другом предпочтительном варианте по меньшей мере одна пассивная катушка расположена в виде обмотки в пазу по меньшей мере одного стержня Е-образного магнитопровода.

В дополнительном варианте осуществления пассивная катушка или каждая пассивная катушка имеет два вывода, которые закорочены напрямую или снабжены резистором, диодом или стабилитроном между выводами каждой пассивной катушки.

В соответствии со способом управления таким приводом, как было сказано ранее, суть изобретения состоит в том, что катушку возбуждения активно приводят в действие посредством активации с помощью электрической энергии, причем магнитопровод оснащен по меньшей мере одной дополнительной пассивной катушкой, которая связана с катушкой возбуждения только индуктивно, так что пассивную катушку или пассивные катушки активируют посредством индукции активных катушек через магнитопровод.

Выводы упомянутой пассивной катушки или катушек закорочены, так что могут протекать индуцированные токи или вихревые токи, и возникает эффект ограничения скорости.

Еще одно преимущество заключается в том, что выводы пассивной катушки или катушек или некоторых катушек не закорочены, а соединены через диод или диоды, или резистор, или резисторы, или стабилитрон или стабилитроны, так что величину вихревого тока и, таким образом, интенсивность демпфирующего эффекта можно регулировать, в частности, отдельно для операций замыкания и размыкания.

На фиг. 1-4 в качестве примеров показано расположение этих обмоток:

Обычная процедура, например, операция замыкания выключателя (АВ) начинается в выключенном положении упомянутого АВ с определенным воздушным зазором 13. Когда с помощью внешнего средства в первой катушке 14 создают ток, магнитный поток будет проходить через центр упомянутой катушки, который одновременно является центральным стержнем Е-образного магнитопровода 11. Если направление тока в стержне 14a направлено за пределы плоскости чертежа к наблюдателю, то направление тока в стержне 14b будет в плоскости чертежа от наблюдателя, а направление магнитного потока в центральном стержне магнитопровода 11 будет направлено вверх, проходя через воздушный зазор 13, проходя к обеим сторонам якоря 12, снова проходя через воздушный зазор 13, протекая вниз через боковые стержни Е-образного магнитопровода 11 и возвращаясь на нижнем конце магнитопровода 11 к его центральному стержню. Из-за магнитного потока, проходящего через воздушный зазор, якорь 12 притягивается к магнитпроводу 11, и выключатель срабатывает.

Автоматический выключатель (АВ) удерживают в замкнутом положении, например с помощью одного или нескольких постоянных магнитов 20 в магнитной цепи, расположенных таким образом, что якорь 12 притягивается к магнитопроводу 11, обычно неподвижному магнитопроводу, также без протекания тока в катушках.

Это означает, что по меньшей мере с помощью одного постоянного магнита, расположенного внутри или на неподвижном магнитопроводе, магнитный поток будет дополнительно концентрироваться и/или усиливаться в направлении воздушного зазора к подвижному якорю.

Когда ток, протекающий в первой катушке, изменяется, также изменяется магнитный поток. Это изменение магнитного потока индуцирует напряжение во всех других катушках, которые магнитно связаны с первой катушкой. Если ток может протекать через другие катушки, например катушки 15-17 с короткозамкнутыми выводами, то течет вихревой ток.

Использование хотя бы одного постоянного магнита дает дополнительный эффект для создания вихревых токов. Величина магнитного потока, который исходит от постоянных магнитов и который связан с катушками, зависит от величины воздушного зазора 13, поскольку воздушный зазор представляет собой сопротивление магнитному потоку. Когда исполнительный механизм, например, осуществляет замыкание, воздушный зазор 13 становится меньше, сопротивление также становится меньше и магнитный поток увеличивается. И это изменение потока приводит к дополнительному эффекту вихревых токов, благодаря постоянным магнитам.

Поток вихревого тока можно регулировать путем замыкания/размыкания выводов катушек 15-17 – когда выводы разомкнуты, вихревые токи не протекают. Если выводы замкнуты, то течет сравнительно сильный вихревой ток.

Если выводы соединены с диодом, то можно определить возможное направление вихревого тока. Если выводы соединены с резисторами, стабилитронами или источниками напряжения, то можно регулировать величину вихревых токов.

Помимо изменения тока в первой катушке, движение якоря 12 также изменит магнитный поток, связанный с катушками 14-17. Если якорь 12, например, перемещают к магнитопроводу 11, воздушный зазор 13 становится меньше. Следовательно, магнитное сопротивление в магнитной цепи уменьшается, то есть один и тот же источник будет генерировать больший магнитный поток. Источником может быть ток в первой катушке или постоянный магнит.

Изменение магнитного потока из-за перемещения также индуцирует напряжение во всех катушках, которые магнитно связаны с магнитопроводом 11.

Эффект вихревых токов заключается в том, что они действуют против своего источника, то есть они тормозят или демпфируют изменение магнитного потока.

Здесь рассмотрены вихревые токи, возникающие из-за движения якоря 12. Если якорь движется быстрее, то изменение потока происходит быстрее, вихревые токи выше, и также усиливается эффект демпфирования. Эта система регулирует сама себя, поскольку демпфирование увеличивается при увеличении скорости, поэтому движение со сравнительно высокой скоростью демпфируется сильно, а движение со сравнительно низкой скорости – слабо.

Эффекты вихревых токов из-за изменения тока не имеют значения для управления работой, если скорость возрастания всегда одинаковая, как в случае, когда для увеличения или понижения тока в первой катушке используют стандартный регулятор тока. Соответствующий эффект демпфирования всегда один и тот же, и его можно учитывать при общей настройке системы привода.

Список ссылочных позиций

10 магнитный исполнительный механизм

11 неподвижный магнитопровод исполнительного механизма; обычно выполненный из железа; в данном случае Е-образный

12 подвижный якорь; обычно выполненный из железа

13 воздушный зазор – во включенном положении воздушный зазор практически равен нулю, т.е. 12 упирается в 11

14a, 14b стержни первой катушки

15a, 15b стержни второй катушки

16a, 16b стержни третьей катушки

17a, 17b стержни четвертой катушки

20 постоянный магнит

Изобретение относится к приводу выключателя среднего напряжения с вакуумными прерывателями, а также к способу его работы, причем привод оснащен магнитным исполнительным механизмом с магнитопроводом и якорем, причем по меньшей мере магнитопровод или якорь являются подвижными, и подвижная часть привода соединена с подвижной частью переключателя, и магнитопровод оснащен катушкой возбуждения. Технический результат – эффективно и саморегулируемым способом, но просто с конструктивной точки зрения обеспечивается создание вихревых токов в исполнительном механизме привода, а также ограничивается скорость срабатывания автоматического выключателя. Изобретение состоит в том, что катушку возбуждения приводят в действие активно, причем магнитопровод оснащен дополнительной пассивной катушкой, которая связана с катушкой возбуждения только индуктивно и выводы которой закорочены, и по меньшей мере одним постоянным магнитом, расположенным внутри или на обычно неподвижном магнитопроводе, посредством которого магнитный поток будет дополнительно концентрироваться и/или усиливаться в направлении воздушного зазора к обычно подвижному якорю. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Привод выключателя среднего напряжения, содержащего вакуумные прерыватели и привод, причем привод включает в себя магнитный исполнительный механизм с магнитопроводом и якорем, при этом, по меньшей мере, магнитопровод или якорь являются подвижными, и подвижная часть привода соединена с подвижной частью прерывателя, и магнитопровод оснащен катушкой возбуждения,

отличающийся тем, что катушка возбуждения выполнена с возможностью активно приводиться в действие посредством активации с помощью электрической энергии, при этом магнитопровод оснащен по меньшей мере одной дополнительной пассивной катушкой, связанной с катушкой возбуждения только индуктивно, и по меньшей мере одним постоянным магнитом, расположенным внутри или на магнитопроводе, посредством которого магнитный поток дополнительно концентрируется и/или увеличивается в направлении воздушного зазора к якорю.

2. Привод по п. 1, отличающийся тем, что пассивная катушка выровнена последовательно внутри магнитопровода таким образом, что силовые линии магнитного поля внутри катушек параллельны.

3. Привод по п. 1, отличающийся тем, что пассивная катушка выровнена последовательно внутри или снаружи активной катушки таким образом, что силовые линии магнитного поля внутри катушек параллельны.

4. Привод по п. 1, отличающийся тем, что содержит три пассивные катушки, распределенные вокруг каждого стержня Е-образного магнитопровода.

5. Привод по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна пассивная катушка расположена в виде обмотки в канавке по меньшей мере одного стержня Е-образного магнитопровода.

6. Привод по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что указанная пассивная катушка или каждая пассивная катушка имеет два вывода, которые закорочены напрямую или снабжены резистором, диодом или стабилитроном между выводами каждой пассивной катушки.

7. Способ работы привода для низко-, средне- или высоковольтного переключающего устройства, в котором привод включает в себя магнитный исполнительный механизм с магнитопроводом и якорем, причем, по меньшей мере, магнитопровод или якорь являются подвижными, и подвижная часть привода соединена с подвижной частью прерывателя и магнитопровод оснащен катушкой возбуждения,

отличающийся тем, что катушку возбуждения активно приводят в действие посредством активации с помощью электрической энергии, причем магнитопровод оснащают по меньшей мере одной дополнительной пассивной катушкой, которая связана с катушкой возбуждения только индуктивно и выводы которой или которых закорочены, так что пассивная катушка или пассивные катушки активируют посредством индукции активных катушек через магнитопровод, и магнитопровод оснащают по меньшей мере одним постоянным магнитом, расположенным внутри или на магнитопроводе, посредством которого магнитный поток будет дополнительно концентрироваться и/или увеличиваться в направлении воздушного зазора к якорю.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что выводы пассивной катушки, или катушек, или некоторых катушек не закорочены, а соединены через диод или диоды, или резистор или резисторы, или стабилитрон или стабилитроны, так что величину вихревого тока и, таким образом, интенсивность демпфирующего эффекта можно регулировать.