Привод для коммутационных аппаратов высокого напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является уменьшение габаритов привода, увеличение 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 .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1

„„SU„„12772 (504 Н 01 H 33 42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Г

"ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3823281/24-07 (22) 17.12.84 (46) 15.12.86. Вюл. P. 46 (71) Всесоюзный электротехнический ,институт им. В.И.Ленина (72) А.И.Будовский и B.Ï.Èâàíîâ (53) 621.316.524(088.8) (56) Патент ЧССР Ф 141416, кл, 21с 40/50, Н 01 Н 71/43, 1971.

Патент ФРГ N - 2.644.423, кл. Н 01 Н 3/28, 1978.

Коровяковский И.Г. Приводы к выключателям высокого напряжения. И.:

Госэнергоиздат, 1962.

Технический отсчет, арх, 239110520. ВЭИ им. В.И.Ленина. 1976. (54) ПРИВОД ДЛЯ КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТ0Н BI:IC0K0I 0 НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является уменьшение габаритов привода, увеличение 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 но мере приработки деталей контактирование буде приближаться к плоскому. При этом получаются наименьшие

127724 габариты привода. Принудительная установка упоров )1 в замок и выполнение их в виде разрезного тела вращения позволяет фиксировать шток 8 во включенном положении за 1-2 мс.

Это дает воэможность снизить инерционный заход штока 8 за упоры ll до минимального (до 2-3 мм), что в случае использования вакуумных дугогасительных камер ВДК) позволяет уменьшить ход их подвижньж контактов на

20-307., т.е. повысить срок службы

БДК на 80-!РОЖ. 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 учла. Работа сил трения рабочих торцовых поверхностей 12 при расфиксации упоров невелика, что позволяет применить маломощный электромагнит отключения. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к приводам высоковольтных коммутационных аппаратов, в частности к приводам синхронных выключателей с вакуумными дугогасительными камерами с номинальными токами отключения в несколько десятксв килоампер.

В синхронных выключателях целесообразно использовать вакуумные дугога-10 сительные камеры (ВДК), обладающие малыми массами и ходами контактов. Применение индукционно-динамических приводов (ИДП) для отключения ВДК позволяет сократить собственное время сра- !5 батывания привода до нескольких миллисекунд при умеренных скоростях подвижных масс.

Цель изобретения — уменьшение габаритов привода, увеличение его на- 20 дежности, срока службы и быстродействия.

На фиг.l показана схема предлагаемого привода, разрез (справа — отключенное положение привода, слева — 2S включенное); на фиг.2 — разрез А-А на фиг.l; на фиг.3 — привод при включении в начале движения упоров на

"замок", разрез; на фиг.4 — jjl.:oðû, вид вдоль оси штока (справа — отклю- gg ченное положение привода, слева— включенное, упоры в "замке"); на фиг.5 — схема статических усилий в элементах узла фиксации.

B корпусе 1 (фиг.l) закрепл:ены индуктивная катушка 2 индукционнодинамического узла включения, направляющая 3, магнитопровод 4 с катушкой

5, обойма 6. Вторичную катушку индук2 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 15 в виде, например, разрезных колец, которые позволяют иметь осесимметричный узел деталей 6, 9, ll 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, 11, )4, 16 и 17; узел отключения образуют детали 4, 5, 19 и 20.

Привод работает следующим образом.

По сигналу включения по катушке 2 (фиг.l, справа) начинает протекать ток от конденсаторной батареи, наво1277241 4 лей контактирование будет приближаться к плоскому. При этом уменьшаются габариты привода. Из этих соображений целесообразно брать наименьший угол д, т.е. достаточной должна быть величина разности Й -d,, зависящая от нагрузки на шток. Для малых углов с(диаметр d., концов упоров в замке" приближенно может быть определен по

t 0 формуле

sin и

Ь вЂ” (1-0 5 cos ((- — )) sincLd г

-(1-cosd) — з.

Для большей нагрузочной способности и уменьшения износа диаметр внутренней поверхности 13 должен быть близким к диаметру и опорной части Ы штока, поскольку радиусы кривизны механического контакташтокаи упоров будут наибольшими ипо мере приработки детадящий индукционный ток в диске 7.

Электродинамические силы отбрасывают диск 7 от неподвижной катушки 2, и связанный с диском шток 8 перемещает ся вверх на включение, отключая контакты выключателя.

Рассмотрим вариант применения при вода 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 д (фиг.3). В этот момент закрепленная на нижнем конце штока втулка 17 своим наружным конусом 18 ударяет по внутренней поверхности 13 упоров снизу. Получая импульс от втулки 17, упоры 11 поворачиваются на шариках 9 как на шарнирах. При этом верхние концы упоров сходятся в клиновое соединение д (фиг.4). Если внутренняя поверхность

13 верхних концов упоров не доходит до штока, обеспечивается самоэаклинивание упоров без отброса назад. Под действием включающих пружин выключателя шток при обратном движении после инерционного хода садится на рабочую торцовую поверхность 12 упоров, в результате происходит фиксация привода во включенном состоянии. Как видно из

35 фиг.4, угол конуса сечения упоров примерно равен углу клинового соединения верхних концов упоров при малом угле d. поворота упоров (фиг.5).

Поскольку P = вЂ, где n — коли- 40 и че.ство упоров, то с увеличением числа упоров улучшается фиксация, а также увеличивается нагрузочная способность узла фиксации, поскольку 45 нагрузка воспринимается большим коли,чеством упоров. Количество упоров ограничивается условиями их прочности и увеличением трудоемкости изготовления — разрезанием тела вращения, образующего упоры. где о- — толщина разреза тела вращения, образующего упоры.

Отброс упоров от штока отсутствует при d < (d. Так для усилий," на шток в несколько тысяч ньютон достаточно иметь d --d 5 мм. Принудио 1 тельная установка упоров в "замок" и выполнение упоров в виде разрезанного тела вращения позволяет фиксировать шток во включенном положении за

1-2 мс. Это позволяет уменьшить инерционный заход штока за упоры до минимального (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 этих условиях эазорд (фиг.3) 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, выполняюmee при этом роль шарнира. Так как кольцо является плоскостным элементом, то для выполнения указанной роли необходимо, чтобы диаметр проточки в упорах был больше диаметра сечения кольца на величину, большую, чем где d — диаметр оси Сечения кольца;

d -диаметр сечения кольца.

Эти формулы получены из геометрических соотношений при условии, что в

1277241 среднем положении плоскость кольца совпадает 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.l, справа). Движение силовых упорных элементов при расфиксации привода в направлении, близком к перпендикулярному направлению движения приводного штока, позволяет исключить силы трения на штоке при его движении от фиксирующего уэла, а работа сил трения рабочих торцовых поверхностей 12 при расфиксации улов ров невелика вследствие малой величины разности д -d, Это позволяет применять сравнительно маломощный электромагнит отключения. Параметры магнита отключения, как и надежность фиксации штока, существенно зависят от геоме.трии торцовой поверхности 12 упоров. Если расстояние от внутреннего конца упора до оси шарика R боль- г

2 ше расстояния от точки приложения силы („ штока до оси шарика R<, то кроме преодоления сил трения от этой силы якорю необходимо дополнительное усилие для некоторого подъема штока при расфиксации (см. фиг.5, где обозначено: Q и Оз — силы реакций от шарика 9 и кольца 14 на упор 11).

Составляющая Q . .силы якоря тем боль5

we, чем больше разность P. -R„, но . г тем надежнее фиксация штока ввиду увеличения составляющей силы (,, вводящей упоры в клиновое соединение и равной по величине и противоположно направгенной силе Q равнодействующей реакции упоров, смежных с рассматриваемьм, без учета сил трения.

При уменьшении разности R — R, уменьшается плечо действия силы Q относи1 тельно центра шарика. При малой разности d, -d, и P, R сила Q,ïðîõîäèò 45 через центр шарика; при R R сила

Q дает момент относительно центра п,арика в сторону расфиксации штока.

Если угол между радиусом-вектором из центра шарика в точку приложения силы Q< и ее направлением больше угла трения, то фиксация штока не происходит. Отсюда видно, что, изменяя геометрию рабочей торцовой поверхности

12 упоров, можно подобрать оптималь- 5 ные параметры электромагнита отключения при одновременном обеспечении надежной фиксации привода во включенном положении. Дополнительные возможности такого варьирования дает применение упругого кольца 16. Особенно полезным оно может оказаться при малом.количестве упоров, когда мал угол клина Р и может произойти отброс назад концов упоров при фиксировании.

Но уже при количестве упоров, большем четырех, применение кольца 16 не обязатепьно.

В качестве обоймы 6 для шариков целесообразно иметь элемент, допускающий некоторую самоустановку узла фиксации. С этой целью можно, наприJ мер, использовать наружное кольцо радиально-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 следуюшие габариты: диаметр и длина около 180 мм (без конденсаторной батареи).

Формула и з о б р е т ения

l. 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, о т л ич а ю шийся 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 внутренней стороны упоры снабжены соосным со шторком кольцом, на котором между упора7 !277241 8 ми установлены дополнительно введен- срока службы, количество упоров и шаные дистанционные элементы, а шток риков выбрано по крайней мере четыре. снабжен втулкой с наружным конусом для взаимодействия с упорами в конце 3. Привод по п.1, о т л и ч а ювключения привода. шийся тем, что, с целью увеличе2. Привод по п.1, о т л и ч а ю- ния надежности, упоры снабжены стягишийся тем, что, с целью увеличе- ваюшими упругими элементами в виде ния надежности фиксации и увеличения разрезных колец.

A-A

1277241

Составитель В. Попова

Редактор Л; Веселовская Техред Л.Сердюкова Корректор A Тяско

Заказ 6689/49

Тираж б43 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Б-35, Раушская наб., д. 4/5

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