Struktura i zasada działania mechanizmu wyłącznika ABB VD4

Ten VD4, renomowany wyłącznik średniego napięcia firmy ABB, sprzedał się na całym świecie w prawie milionie egzemplarzy. Pomimo swojej niezawodności, zdarzają się usterki, zwłaszcza w mechanizmie napędowym. Personel konserwacyjny opiera się na instrukcji ABB, ale szczegółowe instrukcje są rzadkością. Analizując złomowany wyłącznik VD4, autor przedstawia spostrzeżenia pomocne w praktyce.

Mechanizm VD4 składa się z płaskiej sprężyny spiralnej i wałka głównego z wielostopniowym wyzwalaniem służącym do utrzymania i zmiany położenia, wyprowadzanym przez dźwignię krzywkową.

1.Magazynowanie energii:

W VD4 zastosowano stabilne, płaskie sprężyny spiralne, co zwiększa wydajność mechanizmu w porównaniu ze sprężynami tradycyjnymi.

Edytowany tekst:

Rysunek 1: Sprężyna ślimakowa płaska

Jak pokazano na rysunku 1, jeden koniec płaskiej sprężyny spiralnej jest zamocowany do wału głównego, a drugi koniec do obudowy sprężyny. Podczas magazynowania energii, koniec wału głównego sprężyny spiralnej pozostaje nieruchomy, a silnik magazynujący energię lub wahacz magazynujący energię obraca obudowę sprężyny zgodnie z ruchem wskazówek zegara (patrząc z lewej strony mechanizmu; ta sama orientacja obowiązuje w całym mechanizmie) za pomocą zapadki, łańcucha i dużej przekładni, napinając w ten sposób sprężynę spiralną.

Podczas otwierania i zamykania koniec sprężyny spiralnej jest nieruchomy, a po zwolnieniu mechanizmu wyzwalającego główny wał obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara pod napędem sprężyny spiralnej, uwalniając zmagazynowaną energię.

Ponieważ wyłącznik VD4 wykorzystuje płaską sprężynę spiralną, przejście między stanem „nienaładowanym” a „załadowanym” sprężyny różni się od większości mechanizmów sprężynowych. Obejmuje ono układ z nieruchomą szczeliną na obudowie sprężyny spiralnej, ułatwiony przez koordynację tarczy, pomocniczej krzywki przymocowanej do wału głównego oraz rolki zamontowanej na korbowodzie zasobnika energii. Mówiąc prościej, po zakończeniu magazynowania energii rolka, napędzana korbowodem zasobnika energii, zazębia się z wycięciem w tarczy. W rezultacie korbowód zasobnika energii obraca się o określony kąt, powodując, że powiązany z nim pomocniczy styk zasobnika energii i mechaniczny wskaźnik zasobnika energii przechodzą w stan „Załadowana energia”. I odwrotnie, podczas zamykania wyłącznika, maksymalny promień pomocniczej krzywki przechodzi przez szczelinę tarczy, dociskając rolkę do jej zewnętrznej krawędzi. Ta czynność powoduje powrót korbowodu magazynu energii do jego pierwotnego kąta, co powoduje, że pomocniczy styk magazynu energii oraz mechaniczny wskaźnik magazynu energii powracają do stanu „braku zmagazynowanej energii”.

Rysunek 2: Schematyczny diagram przejścia stanu magazynowania energii

Należy pamiętać, że w przypadku tradycyjnego przełącznika VD4, który znajduje się w pozycji otwartej bez magazynowania energii, znaczna ilość energii pozostaje zmagazynowana w płaskiej sprężynie spiralnej. Dlatego nadal należy zachować środki ostrożności.

2. Moduł podróży

Moduł wyzwalający mechanizmu sterującego wyłącznika VD4 charakteryzuje się elegancką i charakterystyczną konstrukcją. Pomimo pozornej złożoności, po jego rozmontowaniu i przeanalizowaniu, cały moduł wyzwalający można rozłożyć na trzy podstawowe struktury wyzwalające:

Pierwszy stopień mechanizmu wyzwalającego składa się z przedniej rolki i tarczy hamulcowej dużej, wachlarzowatej płyty, która pełni funkcję specjalistycznego mechanizmu wyzwalającego typu „zapadka + rolka”. Drugi stopień składa się z dużej, wachlarzowatej płyty i dużej półosi, tworząc typową konstrukcję mechanizmu wyzwalającego typu „półwał + płyta wachlarzowa”. Trzeci stopień obejmuje półoś otwierającą, wachlarzowatą płytę otwierającą, półoś zamykającą i wachlarzowatą płytę zamykającą, które razem tworzą dwa zestawy zacisków wyzwalających typu „półwał + płyta wachlarzowa”.

Rysunek 3: Schemat strukturalny modułu podróżnego

Moduł wyzwalający mechanizmu sterującego wyłącznikiem VD4 pełni zarówno funkcję podtrzymywania, jak i wyzwalania. Przyjrzyjmy się tym funkcjom szczegółowo.

Funkcja trzymania:

Biorąc za przykład pozycję zamykania, po zakończeniu zamykania, przednia rolka dużej, wachlarzowatej płytki wpada w odpowiednie gniazdo w tarczy hamulcowej. W tym momencie duża półoś jest bezpiecznie utrzymywana na miejscu przez konstrukcję zaciskową utworzoną przez płytki sektorowe otwierające i zamykające. Zapobiega to uniesieniu przednich rolek dużych płytek sektorowych, skutecznie blokując tarczę hamulcową i utrzymując wał główny w pozycji zamykania.

Funkcja wyzwalania:

Rozważmy teraz funkcję wyzwalania, wykorzystując jako przykład czynność otwierania. Gdy mechanizm otrzymuje polecenie otwarcia, półoś otwierania obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara o określony kąt. Ten ruch powoduje, że otwierająca się płyta wentylatora traci swój tymczasowy punkt podparcia i obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara, rozkładając szczypce wsporcze utworzone przez otwierające i zamykające się płyty wachlarzowe. W rezultacie duża półoś obraca się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara pod działaniem sprężyny powrotnej, zwalniając dużą płytę wachlarzową. Duża płyta wachlarzowa następnie unosi przednią rolkę pod działaniem sprężyny powrotnej, zwalniając tarczę hamulcową. Tarcza hamulcowa obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara pod działaniem sprężyny spiralnej, inicjując czynność otwierania.

Podczas procesu otwierania, korbowód na wałku pomocniczym pozycji otwierania i zamykania (jak pokazano na rysunku 4) popycha płytkę sektora otwierania, aby ją zresetować i ponownie zazębić z półosią otwierania. Powoduje to przywrócenie konstrukcji wsporczej w kształcie zacisku utworzonej przez płytki sektora otwierania i zamykania oraz popycha dużą półoś z powrotem do pierwotnego kąta. Jednocześnie tarcze pomocnicze po obu stronach tarczy hamulcowej działają na tylne rolki dużej, wachlarzowatej płytki, obracając się wraz z wałem głównym. Powoduje to uniesienie tylnej części dużej, wachlarzowatej płytki i opuszczenie przedniej części, przygotowując ją do ponownego zablokowania przedniej rolki na tarczy hamulcowej.

Rysunek 4: Pozycja otwarcia i zamknięcia korbowodu wału pomocniczego

Korbowód wału pomocniczego odgrywa kluczową rolę w działaniu mechanizmu przełączającego VD4. Zapewnia płynne przejście między położeniem otwarcia i zamknięcia poprzez połączenie płyt sektorowych otwierania i zamykania oraz ułatwienie ich ruchu.

3. Moduł wyjściowy

Moduł wyjściowy mechanizmu napędowego VD4 to kluczowy element, który przekształca ruch obrotowy wału głównego na ruch liniowy wymagany do otwierania i zamykania wyłącznika. Składa się on z trzech tarcz krzywkowych zamontowanych na wale głównym oraz trzech dwuramiennych ogniw ruchomych znajdujących się w dolnej części mechanizmu.

Dwuramienny łącznik ruchomy działa jak dźwignia, której punkt podparcia znajduje się pośrodku. Przedni koniec dźwigni jest pod wpływem tarczy krzywkowej na wale głównym, natomiast tylny koniec jest połączony z izolującym prętem ciągnącym bańki próżniowej i sprężyną otwierającą.

Podczas operacji zamykania, tarcza krzywkowa obraca się wraz z wałkiem głównym, dociskając rolki na przednim końcu dwuramiennego łącznika. To działanie unosi tylny koniec łącznika, popychając izolujący pręt pociągowy do góry i zamykając styki dynamiczne i statyczne w bańce próżniowej. Jednocześnie sprężyna otwierająca jest ściskana, gromadząc energię na potrzeby kolejnej operacji otwierania.

Natomiast podczas operacji otwierania tarcza krzywkowa obraca się w przeciwnym kierunku, zwalniając rolki na przednim końcu dwuramiennego łącznika. Pozwala to sprężynie otwierającej rozszerzyć się, rozdzielając styki dynamiczne i statyczne, a tym samym otwierając obwód.

4. Funkcja blokowania

Mechanizm operacyjny VD4 posiada kompleksową funkcję blokady, która zwiększa bezpieczeństwo i niezawodność. Przyjrzyjmy się bliżej każdej z funkcji blokady:

1. Zakaz zamykania, gdy wózek ręczny znajduje się w pozycji środkowej:
   • Zamontowano elektromagnes blokujący zamykanie (Y1).
   • Wyłączniki krańcowe (S8 i S9) połączone są równolegle z elektromagnesem blokującym zamykanie, tworząc obwód blokujący zamykanie.
   • Gdy wózek ręczny znajduje się w pozycji testowej lub roboczej, styki S8 lub S9 łączą się z obwodem blokady zamykającej, ładując elektromagnes blokady zamykającej i zwalniając blokadę mechaniczną półosi zamykającej.
   • Pomocniczy łącznik (S2) w obwodzie zamykającym wyłącznika jest połączony szeregowo z ruchomym rdzeniem żelaznym elektromagnesu blokującego zamykanie, przygotowując obwód do wykonania polecenia zamknięcia. Jak wspomniano powyżej, rozwiązanie to łączy w sobie blokadę mechaniczną i blokadę elektryczną, co stanowi kompleksowy schemat blokowania.

Przedstawiony opis szczegółowo opisuje znaczenie i funkcjonalność łącznika pomocniczego S2 w obwodzie zamykającym schemat okablowania sterowania elektrycznego VD4 dla wyłącznika typu „wózkowego”. Oto zwięzłe podsumowanie i wyjaśnienie kluczowych punktów:

Wyłącznik pomocniczy S2 w obwodzie zamykającym

1. Zwiększona niezawodność blokowania:
   • Wyłącznik pomocniczy S2 stosowany jest w połączeniu z blokadą mechaniczną zapewnianą przez elektromagnes blokujący zamykanie Y1.
   • Podwójny mechanizm blokujący zwiększa niezawodność funkcji blokowania wyłącznika.
2. Zapobieganie przegrzaniu i uszkodzeniom:
   • Jeżeli S2 nie zostanie uwzględniony w obwodzie zamykającym, a wyłącznik ręczny otrzyma polecenie zamknięcia, gdy znajduje się w położeniu środkowym, obwód zamykający zostanie wzbudzony.
   • Z powodu działania blokującego elektromagnesu blokującego zamykanie Y1, półoś zamykania nie może się obracać, co uniemożliwia zamknięcie wyłącznika.
   • Doprowadziłoby to do długotrwałego zasilania elektromagnesu zamykającego, powodując jego przegrzanie i potencjalne przepalenie.
3. Rola przełącznika pomocniczego:
   • Dzięki włączeniu S2 do obwodu, elektromagnes zamykający będzie wzbudzany tylko wtedy, gdy wyłącznik automatyczny znajdzie się w odpowiedniej pozycji do zamknięcia.
   • Zapobiega to niepotrzebnemu pobudzeniu i potencjalnemu uszkodzeniu elektromagnesu.

Mechanizm blokady zamykającej

1. Blokada mechaniczna:
   • Mechanizm blokady zamykającej jest systemem czysto mechanicznym, który wykorzystuje strukturę czteroogniwową składającą się z płyty blokady wyłącznika, dźwigni blokady i dźwigni blokującej.
   • Mechanizm ten montowany jest pomiędzy śrubą pociągową podwozia samochodu a półosią zamykającą wyłącznika automatycznego.
2. Funkcjonalność:
   • Gdy wózek wyłącznika znajduje się w położeniu testowym lub roboczym, płyta blokująca wyłącznika w obudowie jest pozioma, co pozwala na swobodny obrót półosi zamykającej.
   • Gdy wózek ręczny znajduje się w pozycji środkowej, płyta blokująca zostaje podniesiona przez śrubę pociągową, powodując zazębienie się dźwigni blokującej z plastikową krzywką zamykającej półosi, blokując jej obrót.

Podsumowując, łącznik pomocniczy S2 w obwodzie zamykającym oraz mechanizm blokady zamykania to kluczowe elementy zapewniające bezpieczną i niezawodną pracę wózka wyłącznika. Współdziałają one, aby zapobiec nieautoryzowanym lub niebezpiecznym operacjom zamykania oraz chronić urządzenie przed potencjalnymi uszkodzeniami.

Rysunek 6 Mechanizm blokady zamykającej

Przedstawiony opis zawiera szczegółowy przegląd elementów podwozia wózka ręcznego VD4 i ich funkcji, ze szczególnym uwzględnieniem mechanizmów bezpieczeństwa i ograniczeń eksploatacyjnych. Oto podsumowanie i wyjaśnienie kluczowych punktów:

1. Deformacja i konserwacja podwozia:
   • Badanie wykazało, że odkształcenie podwozia lub zacięcie może uniemożliwić prawidłowe zwolnienie blokady mechanicznej, co może prowadzić do spalenia cewki zamykającej.
   • Aby temu zapobiec, należy regularnie przeprowadzać kontrole i konserwację podzespołów, aby mieć pewność, że podwozie jest w dobrym stanie technicznym.
2. Blokowanie ruchu wózka ręcznego przy zamkniętym wyłączniku:
   • Wyłącznik VD4 wykorzystuje mechaniczny mechanizm blokujący, który zapobiega wsunięciu lub wysunięciu wózka ręcznego, gdy wyłącznik jest zamknięty.
   • Efekt ten uzyskano dzięki współpracy ramy blokującej na płycie blokującej i przednich rolek dwuramiennego łącznika ruchomego fazy B.
   • Po zamknięciu wyłącznika, przednie rolki są dociskane, tworząc niewielką szczelinę w ramie blokującej. Próba przesunięcia wózka ręcznego spowoduje, że śruba pociągowa będzie naciskać na płytkę blokującą, która z kolei będzie oddziaływać na śrubę pociągową, blokując ruch.
3. Blokada wyłącznika zamykającego bez magazynowania energii:
   • Istotne jest, aby wyłącznik miał zmagazynowaną wystarczającą ilość energii przed jego zamknięciem.
   • Bez magazynowania energii lub niepełnego magazynowania energii, prędkość i siła zamykania ulegną zmniejszeniu, co może doprowadzić do niepowodzenia zamykania.
   • Wyłącznik VD4 wykorzystuje współpracę płytki blokującej magazynowanie energii i płytki przedłużającej zamykającą płytkę w kształcie wachlarza, aby zablokować zamykanie, gdy nie ma magazynowanej energii.
   • Po zakończeniu magazynowania energii rolka na korbowodzie magazynowania energii zazębia się z tarczą, umożliwiając normalne zamknięcie wyłącznika.

Podsumowując, elementy podwozia wózka ręcznego VD4 zawierają mechanizmy bezpieczeństwa zapobiegające nieprawidłowemu działaniu, takie jak blokowanie ruchu po zamknięciu wyłącznika oraz zapobieganie zamykaniu bez wystarczającego magazynowania energii. Regularna konserwacja i przegląd tych elementów są niezbędne dla zapewnienia bezpiecznej i niezawodnej pracy urządzenia.

Rysunek 8 a Pozycja płytki blokady magazynu energii w przypadku magazynowania energii

Zmieniony tekst:

Rysunek 8(b) ilustruje położenie płytki blokady magazynowania energii w sytuacji, gdy energia nie jest magazynowana.

Aby uzupełnić wspomniany mechaniczny mechanizm blokujący, przełącznik VD4 jest również połączony szeregowo z pomocniczym przełącznikiem magazynującym energię S1 (jak pokazano na rysunku 5) w obwodzie zamykającym. Takie rozwiązanie wzmacnia funkcję blokady elektrycznej i zabezpiecza przed potencjalnym przepaleniem elektromagnesu zamykającego.