Struttura e principio del meccanismo di azionamento dell'interruttore automatico ABB VD4

IL VD4, il rinomato interruttore di media tensione di ABB, ha venduto quasi un milione di unità in tutto il mondo. Nonostante la sua affidabilità, si verificano guasti, soprattutto nel meccanismo di azionamento. Il personale addetto alla manutenzione si affida al manuale ABB, ma le guide dettagliate sono scarse. Analizzando un VD4 fuori uso, l'autore fornisce spunti utili per il lavoro pratico.

Il meccanismo VD4 è dotato di una molla a spirale planare e di un albero principale, con sgancio multistadio per il mantenimento e la conversione della posizione, con uscita tramite una leva a camma.

1. Accumulo di energia:

Il VD4 utilizza molle a spirale planari stabili, migliorando l'efficienza del meccanismo rispetto alle molle tradizionali.

Testo modificato:

Figura 1: Molla a spirale piana

Come illustrato nella Figura 1, un'estremità della molla a spirale piana è fissata all'albero principale, mentre l'altra estremità è fissata all'involucro della molla. Durante l'accumulo di energia, l'estremità dell'albero principale della molla a spirale rimane ferma e il motore di accumulo di energia o il bilanciere di accumulo di energia ruota l'involucro della molla in senso orario (visto dal lato sinistro del meccanismo; lo stesso orientamento si applica in tutto il meccanismo) tramite il cricchetto, la catena e l'ingranaggio di grandi dimensioni, tensionando così la molla a spirale.

Durante le operazioni di apertura e chiusura, l'estremità del guscio della molla a spirale è fissa e, al rilascio del meccanismo di scatto, l'albero principale ruota in senso orario sotto la spinta della molla a spirale, rilasciando l'energia immagazzinata.

Dato che il VD4 impiega una molla a spirale planare, la transizione tra gli stati "scarica" ​​e "immagazzinata" della molla è diversa rispetto alla maggior parte dei meccanismi a molla. Prevede una disposizione fissata a intercapedine sul guscio della molla a spirale, facilitata dal coordinamento di un disco, una camma ausiliaria fissata all'albero principale e un rullo montato sulla biella di accumulo di energia. In termini più semplici, una volta completato l'accumulo di energia, il rullo, azionato dalla biella di accumulo di energia, si innesta in una tacca sul disco. Di conseguenza, la biella di accumulo di energia ruota di un angolo specifico, inducendo il contatto ausiliario di accumulo di energia associato e l'indicatore meccanico di accumulo di energia a passare allo stato "Energia Immagazzinata". Viceversa, durante il processo di chiusura dell'interruttore, il raggio massimo della camma ausiliaria attraversa l'intercapedine del disco, spingendo il rullo verso il bordo esterno del disco. Questa azione riporta la biella di collegamento dell'accumulo di energia al suo angolo originale, facendo sì che il contatto ausiliario dell'accumulo di energia e l'indicatore meccanico dell'accumulo di energia tornino allo stato "Non-Energia Immagazzinata".

Figura 2: Diagramma schematico della transizione dello stato di accumulo di energia

È importante notare che, nel caso di un interruttore VD4 tradizionale in posizione aperta senza accumulo di energia, una quantità significativa di energia rimane immagazzinata all'interno della molla planare. Pertanto, è comunque necessario adottare misure di sicurezza.

2. Modulo di viaggio

Il modulo di sgancio del meccanismo di azionamento dell'interruttore VD4 vanta un design elegante e distintivo. Nonostante la sua apparente complessità, una volta smontato e analizzato, l'intero modulo di sgancio può essere scomposto in tre strutture di sgancio fondamentali:

La struttura di sgancio del primo stadio è costituita dal rullo anteriore e dal disco freno della grande piastra a ventaglio, che funge da struttura di sgancio specializzata "arresto + rullo". Il secondo stadio comprende la grande piastra a ventaglio e il semialbero grande, formando una tipica struttura di sgancio "semialbero + piastra a ventaglio". Il terzo stadio comprende il semialbero di apertura, la piastra a ventaglio di apertura, il semialbero di chiusura e la piastra a ventaglio di chiusura, che insieme costituiscono due serie di combinazioni di morsetti di sgancio "semialbero + piastra a ventaglio".

Figura 3: Diagramma strutturale del modulo di viaggio

Il modulo di sgancio del meccanismo di azionamento dell'interruttore VD4 svolge sia la funzione di mantenimento che di sgancio. Analizziamo queste funzioni in dettaglio.

Funzione di attesa:

Prendendo come esempio la posizione di chiusura, una volta completata l'azione di chiusura, il rullo anteriore della piastra a ventaglio grande cade nella corrispondente fessura sul disco freno. A questo punto, il semiasse grande viene saldamente trattenuto in posizione dalla struttura a pinza formata dalle piastre a settori di apertura e chiusura. Ciò impedisce il sollevamento dei rulli anteriori delle piastre a settori grandi, bloccando di fatto il disco freno e mantenendo l'asse principale in posizione di chiusura.

Funzione di sgancio:

Consideriamo ora la funzione di sgancio utilizzando l'azione di apertura come esempio. Quando il meccanismo riceve un comando di apertura, il semiasse di apertura ruota in senso orario di un angolo specifico. Questo movimento fa sì che la piastra del ventilatore di apertura perda il suo fulcro temporaneo e ruoti in senso orario, disintegrando la struttura di supporto a forma di pinza formata dalle piastre a ventaglio di apertura e chiusura. Di conseguenza, il semiasse grande ruota in senso antiorario sotto l'azione della molla di ritorno, rilasciando la piastra a ventaglio grande. La piastra a ventaglio grande solleva quindi il rullo anteriore sotto l'azione della molla di ritorno, rilasciando il disco freno. Il disco freno ruota in senso orario sotto l'azione della molla a spirale, avviando l'azione di apertura.

Durante il processo di apertura, la biella sull'albero ausiliario della posizione di apertura e chiusura (come mostrato in Figura 4) spinge la piastra del settore di apertura verso il ripristino e la riaggancia al semialbero di apertura. Questo ripristina la struttura di supporto a forma di morsetto formata dalle piastre del settore di apertura e chiusura e spinge il semialbero grande indietro alla sua angolazione originale. Contemporaneamente, i dischi ausiliari su entrambi i lati del disco freno agiscono sui rulli posteriori della piastra grande a ventaglio mentre ruotano con l'albero principale. Questo solleva la parte posteriore della piastra grande a ventaglio e abbassa la parte anteriore, preparandola per il successivo bloccaggio del rullo anteriore sul disco freno.

Figura 4: Posizione di apertura e chiusura della biella dell'albero ausiliario

La biella dell'albero ausiliario svolge un ruolo cruciale nel funzionamento del meccanismo di commutazione VD4. Garantisce la transizione fluida tra le posizioni di apertura e chiusura collegando le piastre del settore di apertura e chiusura e facilitandone il movimento.

3. Modulo di uscita

Il modulo di uscita del meccanismo di azionamento VD4 è un componente essenziale che converte il movimento rotatorio dell'albero principale nel movimento lineare necessario per l'apertura e la chiusura dell'interruttore. È costituito da tre dischi a camme montati sull'albero principale e da tre bielle mobili a doppio braccio situate nella parte inferiore del meccanismo.

Il collegamento mobile a doppio braccio funziona come una leva, con il fulcro situato al centro. L'estremità anteriore della leva è influenzata dal disco a camme sull'albero principale, mentre l'estremità posteriore è collegata alla barra di trazione isolante della bolla di vuoto e alla molla di apertura.

Durante l'operazione di chiusura, il disco a camma ruota insieme all'albero principale, premendo sui rulli all'estremità anteriore del collegamento mobile a doppio braccio. Questa azione solleva l'estremità posteriore del collegamento, spingendo verso l'alto la barra di trazione isolante e chiudendo i contatti dinamici e statici all'interno della bolla di vuoto. Contemporaneamente, la molla di apertura viene compressa, immagazzinando energia per la successiva operazione di apertura.

Al contrario, durante l'operazione di apertura, il disco a camma ruota in direzione opposta, liberando i rulli all'estremità anteriore del collegamento mobile a doppio braccio. Ciò consente alla molla di apertura di espandersi, separando i contatti dinamici e statici e aprendo il circuito.

4. Funzione di blocco

Il meccanismo di azionamento del VD4 include una funzione di blocco completa che aumenta la sicurezza e l'affidabilità. Ecco uno sguardo più approfondito a ciascuna delle funzioni di blocco:

1. Divieto di chiusura quando il carrello a mano è in posizione centrale:
   • È installato un elettromagnete di bloccaggio di chiusura (Y1).
   • Gli interruttori di finecorsa (S8 e S9) sono collegati in parallelo all'elettromagnete di bloccaggio in chiusura per formare il circuito di bloccaggio in chiusura.
   • Quando il carrello a mano si trova in posizione di prova o di lavoro, S8 o S9 si collegano al circuito di bloccaggio di chiusura, caricando l'elettromagnete di bloccaggio di chiusura e rilasciando il bloccaggio meccanico del semiasse di chiusura.
   • Un interruttore ausiliario (S2) nel circuito di chiusura dell'interruttore automatico è collegato in serie con il nucleo di ferro mobile dell'elettromagnete di blocco di chiusura, preparando il circuito per l'esecuzione del comando di chiusura. Come menzionato sopra, la misura combina il blocco meccanico e il blocco elettrico, che è uno schema di blocco completo.

La descrizione fornita illustra l'importanza e la funzionalità dell'interruttore ausiliario S2 nel circuito di chiusura di uno schema elettrico di controllo VD4 per un interruttore automatico di tipo "carrello manuale". Ecco un breve riepilogo e una spiegazione dei punti chiave:

Interruttore ausiliario S2 nel circuito di chiusura

1. Affidabilità di bloccaggio migliorata:
   • L'interruttore ausiliario S2 viene utilizzato in combinazione con il blocco meccanico fornito dall'elettromagnete di blocco di chiusura Y1.
   • Questo doppio meccanismo di bloccaggio aumenta l'affidabilità della funzione di bloccaggio dell'interruttore automatico.
2. Prevenzione del surriscaldamento e dei danni:
   • Se S2 non è incluso nel circuito di chiusura e il carrello dell'interruttore riceve un comando di chiusura mentre si trova in posizione centrale, il circuito di chiusura verrà attivato.
   • Grazie all'azione di blocco dell'elettromagnete di bloccaggio della chiusura Y1, il semiasse di chiusura non può ruotare, impedendo la chiusura dell'interruttore.
   • Ciò comporterebbe un'eccitazione prolungata dell'elettromagnete in chiusura, causandone il surriscaldamento e potenzialmente la bruciatura.
3. Ruolo dell'interruttore ausiliario:
   • Includendo S2 nel circuito, si garantisce che l'elettromagnete di chiusura venga eccitato solo quando l'interruttore automatico è nella posizione corretta per la chiusura.
   • In questo modo si evitano inutili eccitazioni e potenziali danni all'elettromagnete.

Meccanismo di interblocco di chiusura

1. Bloccaggio meccanico:
   • Il meccanismo di interblocco di chiusura è un sistema puramente meccanico che utilizza una struttura a quattro collegamenti composta dalla piastra di interblocco dell'interruttore automatico, dalla leva di interblocco e dalla leva di bloccaggio.
   • Questo meccanismo è realizzato tra la vite di comando del telaio della vettura e il semialbero di chiusura dell'interruttore automatico.
2. Funzionalità:
   • Quando il carrello dell'interruttore automatico è in posizione di prova o di lavoro, la piastra di interblocco dell'interruttore automatico nel telaio è orizzontale, consentendo al semialbero di chiusura di ruotare liberamente.
   • Quando il carrello a mano si trova in posizione centrale, la piastra di interblocco viene sollevata dalla vite di comando, facendo sì che la leva di bloccaggio si innesti con la camma in plastica del semialbero di chiusura, bloccandone la rotazione.

In conclusione, l'interruttore ausiliario S2 nel circuito di chiusura e il meccanismo di interblocco di chiusura sono entrambi componenti cruciali che garantiscono il funzionamento sicuro e affidabile del carrello porta-interruttore. Lavorano insieme per impedire operazioni di chiusura non autorizzate o pericolose e proteggere l'apparecchiatura da potenziali danni.

Figura 6 Meccanismo di interblocco di chiusura

La descrizione fornita fornisce una panoramica dettagliata dei componenti del telaio del carrello a mano VD4 e delle loro funzioni, concentrandosi in particolare sui meccanismi di sicurezza e sui vincoli operativi. Ecco un riepilogo e una spiegazione dei punti chiave:

1. Deformazione e manutenzione del telaio:
   • Lo studio ha rivelato che la deformazione o l'inceppamento del telaio possono impedire il corretto rilascio del blocco meccanico, causando la bruciatura della bobina di chiusura.
   • Per evitare ciò, è necessario effettuare ispezioni e manutenzioni regolari dei componenti correlati per garantire che il telaio sia in buone condizioni di funzionamento.
2. Blocco del movimento del carrello a mano quando l'interruttore automatico è chiuso:
   • L'interruttore VD4 utilizza un meccanismo di bloccaggio meccanico per impedire che il carrello venga spostato dentro o fuori quando l'interruttore automatico è chiuso.
   • Ciò è possibile grazie alla cooperazione tra il telaio di bloccaggio sulla piastra di interblocco e i rulli anteriori del collegamento mobile a doppio braccio della fase B.
   • Quando l'interruttore è chiuso, i rulli anteriori vengono premuti verso il basso, creando un piccolo spazio con il telaio di bloccaggio. Tentando di muovere il carrello, la vite di comando spinge contro la piastra di interblocco, che a sua volta reagisce sulla vite di comando, bloccandone il movimento.
3. Interruttore di chiusura bloccante senza accumulo di energia:
   • È fondamentale che l'interruttore automatico abbia sufficiente energia immagazzinata prima di poter essere chiuso.
   • Senza accumulo di energia o con un accumulo incompleto di energia, la velocità e la forza di chiusura diminuiranno, portando potenzialmente al fallimento della chiusura.
   • L'interruttore VD4 sfrutta la cooperazione tra la piastra di bloccaggio dell'accumulo di energia e la piastra di estensione della piastra a ventaglio di chiusura per bloccare la chiusura in assenza di accumulo di energia.
   • Una volta completato l'accumulo di energia, il rullo sulla biella di collegamento dell'accumulo di energia si innesta nel disco, consentendo all'interruttore di chiudersi normalmente.

In sintesi, i componenti del telaio del carrello manuale VD4 includono meccanismi di sicurezza per prevenire un funzionamento improprio, come il blocco del movimento quando l'interruttore è chiuso e l'impedimento della chiusura in assenza di un accumulo di energia sufficiente. La manutenzione e l'ispezione regolari di questi componenti sono essenziali per garantire il funzionamento sicuro e affidabile dell'apparecchiatura.

Figura 8 a Posizione della piastra di bloccaggio dell'accumulo di energia quando l'energia è immagazzinata

Testo rivisto:

La figura 8(b) illustra la posizione della piastra di blocco dell'accumulo di energia quando non è immagazzinata energia.

A complemento del meccanismo di blocco meccanico sopra menzionato, l'interruttore VD4 è anche collegato in serie all'interruttore ausiliario di accumulo di energia S1 (come illustrato in Figura 5) all'interno del circuito di chiusura. Questa disposizione migliora la funzione di blocco elettrico e protegge da un potenziale surriscaldamento dell'elettromagnete di chiusura.