Устройство и принцип действия рабочего механизма выключателя ABB VD4

The ВД4, известный выключатель среднего напряжения компании ABB, был продан по всему миру почти в миллион раз. Несмотря на его надёжность, случаются неисправности, особенно в приводе. Технический персонал опирается на руководство ABB, но подробных руководств мало. Разбирая сломанный выключатель VD4, автор даёт рекомендации, которые помогут в практической работе.

Механизм VD4 оснащен плоской спиральной пружиной и главным валом с многоступенчатым отключением для поддержания и преобразования положения, выход которого осуществляется через кулачковый рычаг.

1. Хранение энергии:

В VD4 используются стабильные плоские спиральные пружины, повышающие эффективность механизма по сравнению с традиционными пружинами.

Отредактированный текст:

Рисунок 1: Плоская спиральная пружина

Как показано на рисунке 1, один конец плоской спиральной пружины закреплён на главном валу, а другой — на корпусе пружины. Во время накопления энергии конец главного вала спиральной пружины остаётся неподвижным, а двигатель накопителя энергии или коромысло накопителя энергии вращает корпус пружины по часовой стрелке (если смотреть с левой стороны механизма; такая же ориентация сохраняется на протяжении всего механизма) посредством храпового механизма, цепи и большой шестерни, тем самым натягивая спиральную пружину.

При открытии и закрытии конец оболочки спиральной пружины фиксируется, а при освобождении расцепляющего механизма главный вал вращается по часовой стрелке под действием спиральной пружины, выдавая накопленную ею энергию.

Учитывая, что в VD4 используется плоская спиральная пружина, переход между состояниями «не заряжена» и «запасена» отличается от большинства пружинных механизмов. Он включает в себя фиксированный зазор на оболочке спиральной пружины, что обеспечивается координацией диска, вспомогательного кулачка, закреплённого на главном валу, и ролика, установленного на шатуне накопителя энергии. Проще говоря, после завершения накопления энергии ролик, приводимый в движение шатуном накопителя энергии, входит в выемку на диске. В результате шатун накопителя энергии поворачивается на определённый угол, что приводит к переключению вспомогательного контакта накопителя энергии и механического индикатора накопления энергии в состояние «Запасена энергия». Напротив, во время замыкания выключателя максимальный радиус вспомогательного кулачка пересекает зазор диска, прижимая ролик к его внешнему краю. Это действие возвращает соединительный шток накопителя энергии в исходное положение, в результате чего вспомогательный контакт накопителя энергии и механический индикатор накопителя энергии возвращаются в состояние «Энергия не хранится».

Рисунок 2: Схематическая диаграмма перехода состояния накопителя энергии

Важно отметить, что в случае традиционного переключателя VD4, находящегося в разомкнутом положении без накопителя энергии, значительная часть энергии остаётся запасённой в плоской спиральной пружине. Поэтому меры безопасности всё равно должны быть приняты.

2. Модуль поездки

Модуль отключения привода выключателя VD4 отличается элегантным и оригинальным дизайном. Несмотря на кажущуюся сложность, при разборке и анализе весь модуль отключения можно разделить на три основные расцепляющие структуры:

Расцепляющая конструкция первой ступени состоит из переднего ролика и тормозного диска большой веерообразной пластины, которая выполняет функцию специализированной расцепляющей конструкции «фиксатор + ролик». Вторая ступень включает большую веерообразную пластину и большую полуось, образуя типичную расцепляющую конструкцию «полуось + веерообразная пластина». Третья ступень включает открывающую полуось, открывающую веерообразную пластину, закрывающую полуось и закрывающую веерообразную пластину, которые вместе образуют два комплекта расцепляющих зажимов «полуось + веерообразная пластина».

Рисунок 3: Структурная схема модуля отключения

Модуль отключения привода выключателя VD4 выполняет как удерживающую, так и отключающую функцию. Рассмотрим эти функции подробнее.

Функция удержания:

В качестве примера рассмотрим положение закрытия: после завершения закрытия передний ролик большой веерообразной пластины попадает в соответствующий паз на тормозном диске. В этот момент большая полуось надежно удерживается на месте зажимной конструкцией, образованной открывающей и закрывающей секторными пластинами. Это предотвращает подъем передних роликов больших секторных пластин, эффективно блокируя тормозной диск и удерживая главный вал в положении закрытия.

Функция отключения:

Рассмотрим теперь функцию отключения на примере размыкания. Когда механизм получает команду на размыкание, полуось размыкания поворачивается по часовой стрелке на определённый угол. Это движение приводит к тому, что пластина размыкания теряет свою временную точку опоры и поворачивается по часовой стрелке, разрушая клешнеобразную опорную конструкцию, образованную размыкающей и замыкающей веерообразными пластинами. В результате большая полуось поворачивается против часовой стрелки под действием возвратной пружины, освобождая большую веерообразную пластину. Затем большая веерообразная пластина под действием возвратной пружины поднимает передний ролик, освобождая тормозной диск. Тормозной диск поворачивается по часовой стрелке под действием спиральной пружины, инициируя размыкание.

В процессе открывания шатун на вспомогательном валу положения открывания и закрывания (как показано на рисунке 4) толкает открывающую секторную пластину в исходное положение и снова зацепляет её с открывающим полувалом. Это восстанавливает зажимную опорную конструкцию, образованную открывающими и закрывающими секторными пластинами, и возвращает большой полувал в исходное положение. Одновременно вспомогательные диски по обе стороны тормозного диска воздействуют на задние ролики большого веерообразного диска, вращаясь вместе с главным валом. Это поднимает заднюю часть большого веерообразного диска и опускает переднюю часть, подготавливая её к последующей фиксации переднего ролика на тормозном диске.

Рисунок 4: Положение открытия и закрытия вспомогательного вала шатуна

Шатун вспомогательного вала играет важнейшую роль в работе механизма переключения VD4. Он обеспечивает плавный переход между положениями открытия и закрытия, соединяя открывающую и закрывающую секторные пластины и облегчая их перемещение.

3. Выходной модуль

Выходной модуль привода VD4 является важнейшим компонентом, преобразующим вращательное движение главного вала в поступательное движение, необходимое для размыкания и замыкания выключателя. Он состоит из трёх кулачковых дисков, установленных на главном валу, и трёх двухплечих кулисных звеньев, расположенных в нижней части механизма.

Двуплечий подвижный рычаг с точкой опоры, расположенной посередине, выполняет функцию рычага. Передний конец рычага воздействует на кулачковый диск на главном валу, а задний конец соединён с изолирующей тягой вакуумного пузыря и открывающей пружиной.

Во время операции закрытия кулачковый диск вращается вместе с главным валом, нажимая на ролики на переднем конце двухплечего подвижного звена. Это действие поднимает задний конец звена, толкая изолирующий тяговый стержень вверх и замыкая динамический и статический контакты внутри вакуумного пузыря. Одновременно сжимается размыкающая пружина, запасая энергию для последующего размыкания.

Напротив, во время размыкания кулачковый диск вращается в противоположном направлении, освобождая ролики на переднем конце двухплечего звена. Это позволяет размыкающей пружине расшириться, разъединяя динамические и статические контакты и размыкая цепь.

4. Функция блокировки

Рабочий механизм VD4 включает в себя комплексную функцию блокировки, повышающую безопасность и надежность. Ниже подробнее рассмотрим каждую из функций блокировки:

1. Запрет на закрытие, когда ручная тележка находится в среднем положении:
   • Установлен запирающий электромагнит (Y1).
   • Концевые выключатели (S8 и S9) подключаются параллельно запирающему электромагниту, образуя запирающую цепь.
   • Когда ручная тележка находится в испытательном или рабочем положении, либо S8, либо S9 подключается к цепи блокировки закрытия, заряжая электромагнит блокировки закрытия и снимая механическую блокировку полуоси закрытия.
   • Вспомогательный выключатель (S2) в цепи замыкания выключателя последовательно соединен с подвижным железным сердечником электромагнита блокировки замыкания, подготавливая цепь к выполнению команды замыкания. Упомянутая выше мера объединяет механическую блокировку и электрическую блокировку, что представляет собой комплексную схему блокировки.

В описании подробно описывается значение и функциональность вспомогательного выключателя S2 в цепи замыкания схемы электропроводки управления VD4 для выключателя с ручным приводом. Ниже приводится краткое описание и пояснение основных моментов:

Вспомогательный выключатель S2 в цепи замыкания

1. Повышенная надежность блокировки:
   • Вспомогательный выключатель S2 используется совместно с механической блокировкой, обеспечиваемой запирающим электромагнитом Y1.
   • Этот двойной механизм блокировки повышает надежность функции блокировки выключателя.
2. Предотвращение перегрева и повреждений:
   • Если S2 не включен в цепь замыкания и ручная тележка выключателя получает команду на замыкание, находясь в среднем положении, цепь замыкания будет запитана.
   • Из-за блокирующего действия замыкающего электромагнита Y1 замыкающая полуось не может вращаться, что препятствует включению выключателя.
   • Это приведет к длительной подаче питания на замыкающий электромагнит, что может привести к его перегреву и потенциальному перегоранию.
3. Роль вспомогательного переключателя:
   • Включение S2 в цепь гарантирует, что замыкающий электромагнит будет запитан только тогда, когда выключатель находится в правильном положении для замыкания.
   • Это предотвращает ненужную подачу питания и потенциальное повреждение электромагнита.

Механизм блокировки закрытия

1. Механическая блокировка:
   • Механизм блокировки замыкания представляет собой чисто механическую систему, которая использует четырехзвенную структуру, состоящую из пластины блокировки выключателя, рычага блокировки и запирающего рычага.
   • Этот механизм устанавливается между ходовым винтом шасси автомобиля и замыкающим полуосем выключателя.
2. Функциональность:
   • Когда ручная тележка выключателя находится в испытательном или рабочем положении, блокировочная пластина выключателя в шасси находится в горизонтальном положении, что позволяет замыкающему полувалу свободно вращаться.
   • Когда ручная тележка находится в среднем положении, блокировочная пластина поднимается ходовым винтом, в результате чего фиксирующий рычаг входит в зацепление с пластиковым кулачком замыкающего полувала, блокируя его вращение.

В заключение отметим, что вспомогательный выключатель S2 в цепи включения и механизм блокировки включения являются важнейшими компонентами, обеспечивающими безопасную и надёжную работу тележки выключателя. Они работают вместе, предотвращая несанкционированные или небезопасные операции включения и защищая оборудование от потенциального повреждения.

Рисунок 6. Механизм блокировки закрытия

В представленном описании подробно описаны компоненты шасси ручной тележки VD4 и их функции, с особым вниманием к механизмам безопасности и эксплуатационным ограничениям. Ниже приводится краткое изложение и пояснение ключевых моментов:

1. Деформация шасси и ее обслуживание:
   • Исследование показало, что деформация или заклинивание корпуса могут помешать нормальному разблокированию механического замка, что приводит к перегоранию запирающей катушки.
   • Чтобы предотвратить это, следует проводить регулярные проверки и техническое обслуживание соответствующих компонентов, чтобы гарантировать, что шасси находится в хорошем рабочем состоянии.
2. Блокировка движения тележки при замкнутом автоматическом выключателе:
   • Выключатель VD4 оснащен механическим запирающим механизмом, который предотвращает перемещение тележки внутрь или наружу при замкнутом выключателе.
   • Это достигается за счет взаимодействия между запирающей рамой на блокировочной пластине и передними роликами двухрычажного подвижного звена B-фазы.
   • При замыкании выключателя передние ролики прижимаются вниз, образуя небольшой зазор с запорной рамой. Попытка переместить тележку приведёт к тому, что ходовой винт упрётся в блокировочную пластину, которая, в свою очередь, воздействует на ходовой винт, блокируя движение.
3. Блокировка замыкающего выключателя без накопителя энергии:
   • Крайне важно, чтобы в автоматическом выключателе было достаточно запасено энергии, прежде чем его можно будет замкнуть.
   • Без накопления энергии или неполного накопления энергии скорость и сила закрытия уменьшатся, что может привести к сбою закрытия.
   • Переключатель VD4 использует взаимодействие между запирающей пластиной накопителя энергии и удлинительной пластиной закрывающей веерообразной пластины для блокировки закрытия при отсутствии накопителя энергии.
   • После завершения накопления энергии ролик на соединительном штоке накопителя энергии входит в зацепление с диском, позволяя выключателю нормально замкнуться.

Подводя итог, можно сказать, что компоненты шасси тележки VD4 оснащены предохранительными механизмами, предотвращающими неисправную работу, такими как блокировка движения при замкнутом выключателе и предотвращение включения без достаточного запаса энергии. Регулярное техническое обслуживание и осмотр этих компонентов необходимы для обеспечения безопасной и надежной работы оборудования.

Рисунок 8. Положение фиксирующей пластины накопителя энергии при хранении энергии.

Пересмотренный текст:

На рисунке 8(б) показано положение пластины блокировки накопителя энергии, когда энергия не накапливается.

В дополнение к вышеупомянутому механизму механической блокировки, выключатель VD4 также последовательно соединён с вспомогательным выключателем накопителя энергии S1 (как показано на рисунке 5) в цепи замыкания. Это усиливает функцию электрической блокировки и предотвращает возможное перегорание замыкающего электромагнита.