هيكل ومبدأ تشغيل قاطع الدائرة ABB VD4

ال VD4قُدِّرَ بيعُ قاطع الدائرة متوسط ​​الجهد الشهير من ABB، بما يقارب مليون وحدة حول العالم. ورغم موثوقيته، تحدث أعطال، خاصةً في آلية التشغيل. يعتمد فنيو الصيانة على دليل ABB، لكن الأدلة التفصيلية نادرة. من خلال تحليل قاطع VD4 المُستخدَم، يُقدِّم المؤلف رؤىً عمليةً عمليةً.

تتميز آلية VD4 بنابض حلزوني مستوٍ وعمود رئيسي، مع تعثر متعدد المراحل للحفاظ على الموضع والتحويل، ويتم الإخراج من خلال ذراع الكاميرا.

1. تخزين الطاقة:

يستخدم VD4 نوابض حلزونية مستوية مستقرة، مما يحسن كفاءة الآلية مقارنة بالينابيع التقليدية.

نص مُحرَّر:

الشكل 1: زنبرك التمرير المستوي

كما هو موضح في الشكل 1، يُثبَّت أحد طرفي زنبرك الحلزون المستوي بالعمود الرئيسي، بينما يُثبَّت الطرف الآخر بغلاف الزنبرك. أثناء تخزين الطاقة، يبقى طرف العمود الرئيسي للزنبرك الحلزوني ثابتًا، ويقوم محرك تخزين الطاقة أو هزاز تخزين الطاقة بتدوير غلاف الزنبرك باتجاه عقارب الساعة (كما يُرى من الجانب الأيسر للآلية؛ وينطبق الاتجاه نفسه في جميع أنحاء الآلية) عبر مزلاج السقاطة والسلسلة والترس الكبير، مما يُشَدِّد زنبرك الحلزون.

عندما يتعلق الأمر بعمليات الفتح والإغلاق، يتم تثبيت نهاية غلاف زنبرك التمرير، وعند تحرير آلية التعثر، يدور العمود الرئيسي في اتجاه عقارب الساعة تحت قيادة زنبرك التمرير، مما يؤدي إلى إخراج طاقته المخزنة.

بما أن VD4 يستخدم زنبركًا حلزونيًا مستويًا، فإن الانتقال بين حالتي الزنبرك "غير المشحون" و"المخزون" يختلف عن معظم الآليات التي تعمل بالزنبرك. فهو يتضمن ترتيبًا مثبتًا بفجوة على غلاف زنبرك الحلزون، يُسهّله تنسيق قرص، وكامة مساعدة مثبتة على العمود الرئيسي، وبكرة مثبتة على قضيب توصيل تخزين الطاقة. ببساطة، بمجرد اكتمال تخزين الطاقة، تدخل البكرة، التي يدفعها قضيب توصيل تخزين الطاقة، في شق على القرص. وبالتالي، يدور قضيب توصيل تخزين الطاقة بزاوية محددة، مما يدفع نقطة التلامس المساعدة المرتبطة بتخزين الطاقة والمؤشر الميكانيكي لتخزين الطاقة إلى حالة "الطاقة المخزنة". على العكس من ذلك، أثناء عملية إغلاق قاطع الدائرة، يجتاز نصف قطر الكامة المساعدة الأقصى فجوة القرص، دافعًا البكرة إلى الحافة الخارجية للقرص. يعمل هذا الإجراء على إعادة قضيب توصيل تخزين الطاقة إلى زاويته الأصلية، مما يتسبب في عودة جهة الاتصال المساعدة لتخزين الطاقة ومؤشر التخزين الميكانيكي للطاقة إلى حالة "عدم تخزين الطاقة".

الشكل 2: مخطط تخطيطي لانتقال حالة تخزين الطاقة

من المهم ملاحظة أنه في حالة مفتاح VD4 التقليدي في وضع الفتح دون تخزين الطاقة، تبقى كمية كبيرة من الطاقة مخزنة داخل زنبرك التمرير المستوي. لذلك، يجب اتخاذ احتياطات السلامة.

2. وحدة الرحلة

تتميز وحدة تشغيل مفتاح VD4 بتصميم أنيق ومميز. ورغم تعقيدها الظاهري، إلا أنه عند تفكيكها وتحليلها، يمكن تقسيم وحدة التشغيل إلى ثلاثة هياكل أساسية:

يتكون هيكل التعثر في المرحلة الأولى من الأسطوانة الأمامية وقرص الفرامل للصفيحة الكبيرة المروحية، والتي تعمل كهيكل تعثر متخصص "بكرة + مانعة". تتكون المرحلة الثانية من الصفيحة الكبيرة المروحية ونصف العمود الكبير، مما يشكل هيكل تعثر نموذجي "نصف عمود + صفيحة مروحية". تتضمن المرحلة الثالثة نصف عمود الفتح، والصفيحة المروحية الفتحية، ونصف عمود الإغلاق، والصفيحة المروحية الإغلاق، والتي تُشكل معًا مجموعتين من مشابك التعثر "نصف عمود + صفيحة مروحية".

الشكل 3: مخطط هيكلي لوحدة الرحلة

وحدة التشغيل في آلية تشغيل مفتاح VD4 تؤدي وظيفتي التثبيت والتشغيل. دعونا نتعمق في هاتين الوظيفتين.

وظيفة الإمساك:

على سبيل المثال، عند وضع الإغلاق، بمجرد اكتمال عملية الإغلاق، تدخل الأسطوانة الأمامية للصفيحة المروحة الكبيرة في الفتحة المقابلة لها على قرص الفرامل. عند هذه النقطة، يُثبّت نصف العمود الكبير بإحكام بواسطة هيكل الكماشة المُشكّل من صفائح قطاع الفتح والإغلاق. هذا يمنع رفع البكرات الأمامية للصفائح القطاعية الكبيرة، مما يُثبّت قرص الفرامل بفعالية ويُحافظ على العمود الرئيسي في وضع الإغلاق.

وظيفة التعثر:

لنأخذ الآن دالة التعطيل كمثال. عندما تتلقى الآلية أمر فتح، يدور نصف محور الفتح بزاوية محددة مع عقارب الساعة. تؤدي هذه الحركة إلى فقدان صفيحة مروحة الفتح لنقطة ارتكازها المؤقتة ودورانها مع عقارب الساعة، مما يؤدي إلى تفكك هيكل الدعم الشبيه بالكماشة والمكون من صفيحتي المروحة المفتوحتين والمغلقتين. نتيجةً لذلك، يدور نصف المحور الكبير عكس اتجاه عقارب الساعة بتأثير زنبرك الإرجاع، مُحررًا الصفيحة الكبيرة المروحية. ترفع الصفيحة الكبيرة المروحية الأسطوانة الأمامية بتأثير زنبرك الإرجاع، مُحررةً قرص الفرامل. يدور قرص الفرامل في اتجاه عقارب الساعة بتأثير زنبرك التمرير، مُفعّلًا عملية الفتح.

أثناء عملية الفتح، يدفع قضيب التوصيل على العمود المساعد لوضع الفتح والإغلاق (كما هو موضح في الشكل 4) صفيحة قطاع الفتح لإعادة ضبطها، ثم يعيد تعشيقها مع نصف عمود الفتح. يُعيد هذا هيكل الدعم المشبكي المُشكّل من صفيحة قطاع الفتح والإغلاق، ويدفع نصف العمود الكبير إلى زاويته الأصلية. في الوقت نفسه، تعمل الأقراص المساعدة على جانبي قرص الفرامل على البكرات الخلفية للصفيحة الكبيرة المروحية الشكل أثناء دورانها مع العمود الرئيسي. يؤدي هذا إلى رفع الجزء الخلفي من الصفيحة الكبيرة المروحية الشكل وخفض الجزء الأمامي، مُهيئًا إياه للتثبيت التالي للبكرة الأمامية على قرص الفرامل.

الشكل 4: وضع الفتح والإغلاق لقضيب توصيل العمود المساعد

يلعب قضيب توصيل العمود المساعد دورًا محوريًا في تشغيل آلية التبديل VD4. فهو يضمن انتقالًا سلسًا بين وضعي الفتح والإغلاق من خلال ربط صفائح قطاعي الفتح والإغلاق وتسهيل حركتهما.

3. وحدة الإخراج

وحدة الإخراج لآلية تشغيل VD4 مُكوّن أساسي يُحوّل الحركة الدورانية للعمود الرئيسي إلى الحركة الخطية اللازمة لفتح وإغلاق قاطع الدائرة. تتكون من ثلاثة أقراص كامة مُثبّتة على العمود الرئيسي وثلاث وصلات متحركة ثنائية الذراع أسفل الآلية.

يعمل وصلة الحركة ثنائية الذراع كرافعة، حيث تقع نقطة ارتكازها في المنتصف. يتأثر الطرف الأمامي للرافعة بقرص الكامة على العمود الرئيسي، بينما يتصل الطرف الخلفي بقضيب السحب العازل للفقاعة الفراغية ونابض الفتح.

أثناء عملية الإغلاق، يدور قرص الكامة مع العمود الرئيسي، ضاغطًا على البكرات في الطرف الأمامي للوصلة المتحركة ثنائية الذراع. ترفع هذه الحركة الطرف الخلفي للوصلة، دافعةً قضيب السحب العازل لأعلى، ومغلقةً نقاط التلامس الديناميكية والثابتة داخل فقاعة الفراغ. في الوقت نفسه، يُضغط زنبرك الفتح، مُخزِّنًا الطاقة لعملية الفتح اللاحقة.

على العكس من ذلك، أثناء عملية الفتح، يدور قرص الكامة في الاتجاه المعاكس، مُحررًا الأسطوانات في الطرف الأمامي للوصلة المتحركة ثنائية الذراع. هذا يسمح لزنبرك الفتح بالتمدد، مفصولًا نقاط التلامس الديناميكية والثابتة، ومُؤديًا إلى فتح الدائرة.

4. وظيفة القفل

تتضمن آلية تشغيل VD4 وظيفة قفل شاملة تُعزز السلامة والموثوقية. إليك نظرة عن كثب على كل ميزة من ميزات القفل:

1. حظر الإغلاق عندما تكون عربة اليد في وضعية متوسطة:
   • تم تركيب مغناطيس كهربائي للإغلاق والقفل (Y1).
   • يتم توصيل مفاتيح الحد (S8 و S9) بالتوازي مع المغناطيس الكهربائي القفلي لتكوين دائرة القفل المغلقة.
   • عندما تكون عربة اليد في وضع الاختبار أو وضع العمل، يتم توصيل S8 أو S9 بدائرة القفل المغلقة، مما يؤدي إلى شحن مغناطيس القفل المغلق وتحرير القفل الميكانيكي لمحور نصف القطر المغلق.
   • يتم توصيل مفتاح مساعد (S2) في الدائرة المغلقة لقاطع الدائرة على التوالي مع قلب الحديد المتحرك للمغناطيس الكهربائي القفلي للإغلاق، مما يعد الدائرة لتنفيذ أمر الإغلاق. كما ذكر أعلاه، يجمع الإجراء بين القفل الميكانيكي والقفل الكهربائي، وهو مخطط قفل شامل.

يوضح الوصف المُقدَّم أهمية ووظيفة المفتاح المساعد S2 في دائرة إغلاق مخطط توصيلات التحكم الكهربائي VD4 لقاطع دائرة من نوع عربة اليد. فيما يلي ملخص وشرح موجز للنقاط الرئيسية:

المفتاح المساعد S2 في الدائرة المغلقة

1. تعزيز موثوقية القفل:
   • يتم استخدام المفتاح المساعد S2 بالاشتراك مع القفل الميكانيكي الذي يوفره المغناطيس الكهربائي القفلي Y1.
   • تعمل آلية القفل المزدوجة هذه على زيادة موثوقية وظيفة قفل قاطع الدائرة.
2. الوقاية من ارتفاع درجة الحرارة والتلف:
   • إذا لم يتم تضمين S2 في دائرة الإغلاق، وتلقت عربة قاطع الدائرة أمر إغلاق أثناء وجودها في الوضع الأوسط، فسيتم تنشيط دائرة الإغلاق.
   • بسبب تأثير حجب المغناطيس الكهربائي القفلي Y1، لا يمكن لنصف المحور المغلق أن يدور، مما يمنع قاطع الدائرة من الإغلاق.
   • سيؤدي هذا إلى إطالة تنشيط المغناطيس الكهربائي المغلق، مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارته واحتمال احتراقه.
3. دور المفتاح المساعد:
   • من خلال تضمين S2 في الدائرة، يتم ضمان تنشيط المغناطيس الكهربائي للإغلاق فقط عندما يكون قاطع الدائرة في الوضع الصحيح للإغلاق.
   • يؤدي هذا إلى منع الطاقة غير الضرورية والأضرار المحتملة للمغناطيس الكهربائي.

آلية إغلاق القفل

1. القفل الميكانيكي:
   • آلية القفل المتشابك للإغلاق هي نظام ميكانيكي بحت يستخدم هيكلًا رباعي الوصلات يتكون من لوحة القفل المتشابك لقاطع الدائرة، ورافعة القفل المتشابك، ورافعة القفل.
   • يتم تثبيت هذه الآلية بين المسمار الرئيسي لهيكل السيارة ونصف عمود الإغلاق لقاطع الدائرة.
2. الوظيفة:
   • عندما تكون عربة قاطع الدائرة في وضع الاختبار أو العمل، تكون لوحة قفل قاطع الدائرة في الهيكل أفقية، مما يسمح لنصف العمود المغلق بالدوران بحرية.
   • عندما تكون عربة اليد في الوضع الأوسط، يتم رفع لوحة القفل بواسطة المسمار الرصاصي، مما يتسبب في تفاعل ذراع القفل مع الكاميرا البلاستيكية لنصف العمود المغلق، مما يؤدي إلى قفل دورانها.

في الختام، يُعدّ المفتاح المساعد S2 في دائرة الإغلاق وآلية قفل الإغلاق مكونين أساسيين لضمان التشغيل الآمن والموثوق لعربة قاطع الدائرة. ويعملان معًا لمنع عمليات الإغلاق غير المصرح بها أو غير الآمنة، وحماية المعدات من أي تلف محتمل.

الشكل 6 آلية الإغلاق المتشابكة

يقدم الوصف المُقدَّم نظرة عامة مُفصَّلة على مكونات هيكل عربة اليد VD4 ووظائفها، مع التركيز بشكل خاص على آليات السلامة والقيود التشغيلية. فيما يلي مُلخَّص وشرح للنقاط الرئيسية:

1. تشوه الهيكل وصيانته:
   • وكشفت الدراسة أن تشوه الهيكل أو التشويش يمكن أن يمنع القفل الميكانيكي من الفتح بشكل صحيح، مما يؤدي إلى احتراق ملف الإغلاق.
   • ولمنع حدوث ذلك، يجب إجراء عمليات تفتيش وصيانة منتظمة للمكونات ذات الصلة للتأكد من أن الهيكل في حالة عمل جيدة.
2. منع حركة عربة اليد عند إغلاق قاطع الدائرة:
   • يستخدم مفتاح VD4 آلية قفل ميكانيكية لمنع تحريك عربة اليد للداخل أو للخارج عند إغلاق قاطع الدائرة.
   • ويتم تحقيق ذلك من خلال التعاون بين إطار القفل الموجود على اللوحة المتشابكة والبكرات الأمامية لوصلة الحركة ثنائية الذراع في الطور B.
   • عند إغلاق قاطع الدائرة، تُضغط البكرات الأمامية لأسفل، مما يُحدث فجوة صغيرة مع إطار القفل. محاولة تحريك عربة اليد ستؤدي إلى ضغط برغي التوصيل على لوحة القفل، مما يؤثر بدوره على برغي التوصيل، مما يعيق الحركة.
3. منع إغلاق المفتاح بدون تخزين الطاقة:
   • من المهم جدًا أن يكون قاطع الدائرة محتويًا على طاقة كافية مخزنة قبل أن يتم إغلاقه.
   • بدون تخزين الطاقة أو تخزين الطاقة غير الكامل، سوف تنخفض سرعة الإغلاق والقوة، مما قد يؤدي إلى فشل الإغلاق.
   • يستخدم مفتاح VD4 التعاون بين لوحة قفل تخزين الطاقة ولوحة التمديد للوحة المروحة المغلقة لمنع الإغلاق عندما لا يكون هناك تخزين للطاقة.
   • عندما يكتمل تخزين الطاقة، تتفاعل الأسطوانة الموجودة على قضيب توصيل تخزين الطاقة مع القرص، مما يسمح لقاطع الدائرة بالإغلاق بشكل طبيعي.

باختصار، تتضمن مكونات هيكل عربة اليد VD4 آليات أمان لمنع التشغيل غير السليم، مثل منع الحركة عند إغلاق قاطع الدائرة ومنع الإغلاق دون تخزين طاقة كافٍ. الصيانة الدورية وفحص هذه المكونات ضروريان لضمان التشغيل الآمن والموثوق للمعدات.

الشكل 8 أ: موضع لوحة قفل تخزين الطاقة عند تخزين الطاقة

النص المنقح:

يوضح الشكل 8 (ب) موضع لوحة قفل تخزين الطاقة عندما لا يتم تخزين أي طاقة.

لإكمال آلية القفل الميكانيكية المذكورة سابقًا، يُوصَل مفتاح VD4 على التوالي بمفتاح تخزين الطاقة المساعد S1 (كما هو موضح في الشكل 5) ضمن دائرة الإغلاق. يُعزز هذا الترتيب وظيفة القفل الكهربائي ويحمي من احتراق المغناطيس الكهربائي المُغلق.