Привод для коммутационных аппаратов высокого напряжения Советский патент 1986 года по МПК H01H33/42 

127

габариты привода. Принудительная установка упоров 11 в замок и выполнение их в виде разрезного тела вращения позволяет фиксировать шток 8 во включенном положении за 1-2 мс. Это дает возможность снизить инерционный заход штока 8 за упоры 11 до минимального (до 2-3 мм),, что в случае использования вакуумных дугогаси- тельньгх камер ВДК) позволяет уменьшить ход их подвижных контактов на 20-30%, т.е. повысить срок службы

Изобретение относится к электротехнике, а именно к приводам высоковольтных коммутационных аппаратов, в частности к приводам синхронных выключателей с вакуумными дугогаситель- ными камерами с номинальными токами отключения в несколько десятков кило- ампер .

В синхронных выключателях целесообразно использовать вакуумные дугога- сительные камеры (ВДК), обладающие малыми массами и ходами контактов. Применение индукционно-динамических приводов (ИДП) для отключения ВДК позволяет сократить собственное время срабатывания привода до нескольких миллисекунд при умеренных скоростях подвижных масс.

Цель изобретения - уменьшение габаритов привода, увеличение его надежности, срока службы и быстродействия .

На фиг.1 показана схема предлагаемого привода, разрез (справа - отключенное положение привода, слева - включенное); на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - привод при включении в начале движения упоров на замок, разрез; на фиг.4 - упоры, вид вдоль оси штока (справа - отключенное положение привода, слева - включенное, упоры в замке); на фиг.5 - схема статических усилий в элементах узла фиксации.

В корпусе 1 (фиг.1) закреплены индуктивная катушка 2 индукционно- динамического узла включения, направляющая 3, магнитопровод 4 с катушкой 5, обойма 6. Вторичную катушку индук1

ВДК на 80-180%. Движение силовых упорных элементов при расфиксации привода в направлении, близком к перпендикулярному направлению движения штока 8, позволяет исключить силы трения на штоке 8 при его движении от фиксирующего узла. Работа сил трения рабочих торцовых поверхностей 12 при расфиксации упоров невелика, что позволяет применить маломощный электромагнит отключения. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

ционно-динамического привода образует диск 7, закрепленный на штоке 8, имеющем возможность перемещения в направляющей 3. В обойме 6 размещены

шарики 9, ограниченные в движении вдоль оси штока ограничителем 10. На шариках как на сферических шарнирах установлены упоры 11, представляющие собой разрезанное осевыми плоскостями тело вращения (фиг.2 и 4) с рабочими торцовыми 12 и внутренними 13 поверхностями. С внутренней стороны с упорами связано подвижно кольцо 14, ограничивающее перемещение средней части упоров к оси штока. На кольце между упорами размещены дистанционные элементы 5 в виде, например, разрезных колец, которые поз- воляют иметь осесимметричньм узел деталей 6, 9, 11 и 14, концентричный штоку. Упоры стянуты упругим элементом, например упругим разрезным кольцом 16. На конце штока, противоположном диску 7, закреплена втулка 17 с

наружным конусом 18. На якоре 19

электромагнита отключения закреплена втулка 20 с внутренним конусом 2. Якорь 19 фиксируется в нерабочем положении электромагнита отключения

стопором 22 с демпфером 23. Детали 2, 7 и 8 образуют узел включения привода; в узел фиксации привода после включения входят детали 9, П, 14, 16 и 17; узел отключения образуют детали 4, 5, 19 и 20.

Привод работает следующим образом. По сигналу включения по катушке 2 (фиг.1, справа) начинает протекать ток от конденсаторной батареи, наводящий индукционный ток в диске 7, Электродинамические силы отбрасывают диск 7 от неподвижной катушки 2, и связанный с диском шток 8 перемещается вверх на включение, отключая кон- такты выключателя.

Рассмотрим вариант применения привода для синхронного выключателя, , когда включению привода соответствует отключение выключателя.

При включении привода шток преодолевает силу пружин включения выключателя. В конце хода на включение часть штока, имеющая больший диаметр, шток приподнимается над рабочими торцовыми поверхностями 12 упоров 11, образуя зазор с( (фиг.З). В этот момент закрепленная на нижнем конце штока втулка 17 своим наружным конусом 18 ударяет по внутренней поверх- ности 13 упоров снизу. Получая им- пульс от втулки 17, упоры 11 поворачиваются на шариках 9 как на шарнирах. При этом верхние концы упоров сходятся в клиновое соединение (фиг.4). Если внутренняя поверхность 13 верхних концов упоров не доходит до штока, обеспечивается самозаклинивание упоров без отброса назад. Под действием включающих пружин выключателя шток при обратном движении после инерционного кода садится на рабочую торцовую поверхность 12 упоров, в резуль- тате происходит фиксация привода во включенном состоянии. Как видно из фиг.4, угол конуса сечения упоров примерно равен углу клинового соединения верхних концов упоров при малом угле oL поворота упоров (фиг.5).

360° Поскольку р

где п - коли

4

п

чество упоров, то с увеличением числа упоров улучшается фиксация, а также увеличивается нагрузочная способность узла фиксации, поскольку нагрузка воспринимается большим коли- (Чеством упоров. Количество упоров ограничивается условиями их прочности и увеличением трудоемкости изготовления - разрезанием тела вращения, образующего упоры.

Для большей нагрузочной способности и уменьшения износа диаметр внутренней поверхности 13 должен быть близким к диаметру d, опорной части 5 штока,поскольку радиусы кривизны механического контакта штока и упоров будут наибольшими и по мере приработки детв

414

лей контактирование будет приближаться к плоскому. При этом уменьшаются габариты привода. Из этих соображений целесообразно брать наименьший угол сз1, т.е. достаточной должна быть величина разности , зависящая от нагрузки на шток. Для мальгх углов

ой, диаметр d;, концов упоров в замке приближенно может быть определен по формуле

ь

d sin

15 20 25 JQ

5

0

5

5

где

S-- толщина разреза тела вращения, образующего упоры. Отброс упоров от щтока отсутствует при d д, d.. Так для усилийГ на шток в несколько тысяч ньютон достаточно иметь 5 мм. Принудительная установка упоров в замок и выполнение упоров в виде разрезанного тела вращения позволяет фиксировать щток во включенном положелии за 1-2 мс. Это позволяет уменьшить инерционный заход штока за упоры нимального (до 2-3 мм), что в случае использования ВДК позволяет уменьшить ход их подвижных контактов на 20-30%, т.е. повысить срок службы ВДК на 80-180%. При зтиу условиях зазорд (фиг.З) практически может быть не более 0,5 мм.

Отключение привода происходит при включении катушки 5 электромагнита отключения, якорь 19 которого, перемещаясь вместе с закрепленной на нем втулкой 20 вверх, внутренним конусом 21, воздействует на внешние стороны нижних концов упоров 11, сводя последние к оси штока (фиг.1, слева). От смещения средних частей упоров к оси предохраняет кольцо 14, выполняющее при этом роль шарнира. Так как кольцо является плоскостным элементом, то для вьшолнения указанной роли необходимо, чтобы диаметр проточки в упорах был больше диаметра сечения кольца на величину, большую, чем

Ь % 1-0,5 cos (8- ii )1 sind- /dj

-d-cosci) |Д ,

где А - диаметр оси течения кольца;

d -диаметр сечения кольца. Эти формулы получены из геометрических соотношений при условии, что в

среднем положении плоскость кольца совпадаЕзт с плоскостью шариков. После выхода торцов 12 упоров из-под части штока большего диаметра шток движется под действием включающих . пружин выключателя вниз, в исходное положение (фиг.1, справа). Движение силовых упорных элементов при расфик- сации привода в направлении, близком к пepпe дикyляpнoмy направлению дви- жения приводного штока, позволяет исключить силы трения на штоке при его движении от фиксирующего узла, а работа сил трения рабочих торцовых поверхностей 12 при расфиксации упоров невелика вследствие малой величины разности Это позволяет применять сравнительно маломощный электромагнит отключения. Параметры магнита отключения, как и надежность . фиксации што ка, существенно зависят от геометрии торцовой поверхности 2 упоров. Если расстояние от внутреннего конца упора до оси шарика R боль- ше расстояния от точки приложения силы Q штока до оси шарика R , то кроме преодоления сил трения от этой силы якорю необходимо дополнительное усилие для некоторого подъема штока при расфиксации . фиг.5, где обозначено: Q 2 и Q - силы реакций от шарика 9 и кольца 14 на упор 11). .Составляющая Q силы якоря тем больше, чем больше разность , но тем надежнее фиксация штока ввиду увеличения составляющей силы Q, вводящей упоры в клиновое соединение и равной по величине и противоположно направленной силе Q равнодействующей реакции упоров, смежных с рассматриваемым, без учета сил трения. При уменьшении разности , уменьшается плечо действия силы Q относительно центра шарика. При малой разности dg d и В 2. ri R сила Q, проходит через центр шарика; при R, R, сила Q дает момент относительно центра шарика в сторону расфиксации mTOjxa, Если угол между радиусом-векто}ром из центра шарика в точку приложения силы Q и ее направлением больше угла трения, то фиксация штока не происходит. Отсюда видно, что, -изменял геометрию рабочей торцовой поверхности 12 упоров, можно подобрать оптиМаль- ныв параметры электромагнита отключения при одновременном обеспечении надежной фиксации привода во включен

15

20

Q 5 5

0

5

0

5

0

НОМ положении. Дополнительные возможности такого варьирования дает применение упругого кольца 1.6. Особенно полезным оно может оказаться при малом, количестве упоров, когда мал угол клина /3 и может произойти отброс назад концов упоров при фиксировании. Но уже при количестве упоров, большем четырех, применение кольца 16 не обязательно.

В качестве обоймы 6 для шариков целесообразно иметь элемент, допуска- ЮЕШЙ некоторую самоустановку узла фиксации. С этой целью можно, например, использовать наружное кольцо ра- диально-упорного шарикоподшипника.

Применение изобретения позволяет создать компактный надежный малоинерционный сверхбыстродействующий с большим сроком службы (несколько десятков тысяч коммутаций) технологичный привод для высоковольтных выключателей, удовлетворяющий всем требованиям ГОСТ. Так, данный привод на преодолеваемое усилие в несколько тысяч ньютон при подвижных массах до 20 кг и времени срабатывания в 2-5 мс имеет следуюшде габариты: диаметр и длина около 180 мм (без конденсаторной батареи).

Формула изобретения

1. Привод для коммутационных аппаратов высокого напряжения, содержащий узел включения с индукционной катушкой и диском, закрепленным на приводном штоке, узел отключения и узел фиксации привода во включенном положении с шариками, равномерно распределенными по окружности, отличающийся тем, что, с целью уменьшения, габаритов привода, увеличения его надежности, срока службы и быстродействия, узел отключения выполнен в виде электромагнита, на якоре которого жестко закреплена втулка с внутренним конусом, указанные шарики размещены в дополнительно введенной обойме без возможности перемещения вдоль оси штока, на каждом шарике установлено по одному дополнительно введенному упору в виде тела вращения, не имеющему возможности взаимодействовать со штоком своей внутренней поверхностью во включенном положении привода, с внуттэенней стороны упоры снабжены соосным со што- ком кольцом, на котором между упорами установлены дополнительно введен- ные дистанционные элементы, а шток снабжен втулкой с наружным конусом для взаимодействия с упорами в конце включения йривода.

2. Привод поп.1,отличаю- щ и и с я тем, что, с целью увеличения надежности фиксации и увеличения

./Jсрока службы, количество упоров и шариков выбрано по крайней мере четыре.

3. Привод ПОП.1, отличаю- m и и с я тем, что, с целью увеличения надежности, упоры снабжены стягивающими упругими элементами в виде

разрезных колец.

22

cf7ue.Z

ч.

74

75

фиг

f

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является уменьшение габаритов привода, увели- чение его надежности, срока службы и быстродействия. Для большей нагрузочной способности и уменьшения износа диаметр внутренней поверхности 13 делается близким к диаметру d опорной части штока 8, так как радиусы кривизны механического контакта штока 8 и упоров 11 будут наибольшими и по мере приработки деталей контактирование будет приближаться к плоскому. При этом получаются наименьшие I / J 7 г Г7 .

Составитель В. Попова Редактор Л. Веселовская Техред Л.Сердюкова Корректор А. Тяско

6689/49

Тираж 643Подписное

ВНРПШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4