Struktur och princip för ABB VD4-brytarens manövermekanism

De VD4, ABB:s välkända mellanspänningsbrytare, har sålt nästan en miljon enheter världen över. Trots dess tillförlitlighet uppstår fel, särskilt i manövermekanismen. Underhållspersonal förlitar sig på ABB:s manual, men detaljerade guider är sällsynta. Genom att dissekera en skrotad VD4 ger författaren insikter som underlättar det praktiska arbetet.

VD4-mekanismen har en plan spiralfjäder och huvudaxel, med flerstegsutlösning för positionsbibehållande och omvandling, som matas ut via en kamspak.

1. Energilagring:

VD4 använder stabila plana spiralfjädrar, vilket förbättrar mekanismens effektivitet jämfört med traditionella fjädrar.

Redigerad text:

Figur 1: Plan spiralfjäder

Som illustreras i figur 1 är ena änden av den plana spiralfjädern fäst vid huvudaxeln, medan den andra änden är fäst vid fjäderhuset. Under energilagring förblir den spiralformade fjäderns huvudaxelände stationär, och energilagringsmotorn eller energilagringsvippan roterar fjäderhuset medurs (sett från vänster sida av mekanismen; samma orientering gäller genomgående) via spärrhaken, kedjan och det stora kugghjulet, varigenom spiralfjädern spänns.

När det gäller öppnings- och stängningsoperationer är spiralfjäderns skalände fixerad, och när utlösningsmekanismen släpps roterar huvudaxeln medurs under spiralfjäderns drivning och avger sin lagrade energi.

Eftersom VD4 använder en plan spiralfjäder skiljer sig övergången mellan fjäderns "oladdade" och "lagrade" tillstånd från de flesta fjädermanövrerade mekanismer. Den involverar ett gapfixerat arrangemang på spiralfjäderskalet, vilket underlättas av samordningen av en skiva, en hjälpkam fäst vid huvudaxeln och en rulle monterad på energilagringsstången. Enklare uttryckt, när energilagringen är klar, griper rullen, driven av energilagringsstången, in i ett skåra på skivan. Följaktligen roterar energilagringsstången till en specifik vinkel, vilket får den tillhörande energilagringshjälpkontakten och den mekaniska energilagringsindikatorn att växla till tillståndet "Energilagrat". Omvänt, under brytarens tillslagsprocess, passerar hjälpkammens maximala radie skivans gap och trycker rullen tillbaka till skivans ytterkant. Denna åtgärd driver energilagringsstången tillbaka till sin ursprungliga vinkel, vilket får energilagringshjälpkontakten och den mekaniska energilagringsindikatorn att återgå till tillståndet "Icke-energilagrat".

Figur 2: Schematiskt diagram över tillståndsövergången för energilagring

Det är viktigt att notera att, i fallet med en traditionell VD4-brytare som är i öppet läge utan energilagring, finns en betydande mängd energi lagrad i den plana spiralfjädern. Därför måste säkerhetsåtgärder fortfarande vidtas.

2. Resmodul

Utlösningsmodulen i VD4-brytarens manövermekanism har en elegant och distinkt design. Trots sin uppenbara komplexitet kan hela utlösningsmodulen, efter demontering och analys, delas upp i tre grundläggande utlösningsstrukturer:

Det första stegets utlösningsstruktur består av den främre rullen och bromsskivan på den stora solfjäderformade plattan, som fungerar som en specialiserad utlösningsstruktur med "spärr + rulle". Det andra steget består av den stora solfjäderformade plattan och den stora halvaxeln, vilket bildar en typisk utlösningsstruktur med "halvaxel + solfjäderformad platta". Det tredje steget inkluderar den öppnande halvaxeln, den öppnande solfjäderformade plattan, den stängande halvaxeln och den stängande solfjäderformade plattan, vilka tillsammans utgör två uppsättningar av utlösningsklämmakombinationer med "halvaxel + solfjäderformad platta".

Figur 3: Strukturdiagram över utlösningsmodulen

Utlösningsmodulen i VD4-brytarens manövermekanism har både en håll- och en utlösningsfunktion. Låt oss gå in på dessa funktioner i detalj.

Hållfunktion:

Om vi ​​tar stängningsläget som exempel, faller den främre rullen på den stora solfjäderformade plattan ner i motsvarande spår på bromsskivan när stängningen är avslutad. Vid denna punkt hålls den stora halvaxeln säkert på plats av tångstrukturen som bildas av öppnings- och stängningssektorplattorna. Detta förhindrar att de främre rullarna på de stora sektorplattorna lyfts, vilket effektivt låser bromsskivan och håller huvudaxeln i stängningsläget.

Utlösningsfunktion:

Låt oss nu betrakta utlösningsfunktionen med hjälp av öppningsåtgärden som exempel. När mekanismen tar emot ett öppningskommando roterar öppningshalvaxeln medurs en specifik vinkel. Denna rörelse gör att öppningsfläktplattan förlorar sin tillfälliga stödpunkt och roterar medurs, vilket sönderfaller den tångformade stödstrukturen som bildas av de öppnande och stängande fläktformade plattorna. Som ett resultat roterar den stora halvaxeln moturs under inverkan av returfjädern, vilket frigör den stora fläktformade plattan. Den stora fläktformade plattan lyfter sedan den främre rullen under inverkan av returfjädern, vilket frigör bromsskivan. Bromsskivan roterar medurs under inverkan av spiralfjädern, vilket initierar öppningsåtgärden.

Under öppningsprocessen trycker vevstaken på hjälpaxeln i öppnings- och stängningsläge (som visas i figur 4) på ​​öppningssektorplattan för att återställa den och återingripa den med öppningshalvaxeln. Detta återställer den klämformade stödstrukturen som bildas av öppnings- och stängningssektorplattorna och trycker tillbaka den stora halvaxeln till sin ursprungliga vinkel. Samtidigt verkar hjälpskivorna på båda sidor om bromsskivan på de bakre rullarna på den stora solfjäderformade plattan när de roterar med huvudaxeln. Detta lyfter den bakre delen av den stora solfjäderformade plattan och sänker den främre delen, vilket förbereder den för nästa låsning av den främre rullen till bromsskivan.

Figur 4: Öppnings- och stängningsläge för hjälpaxelns vevstång

Hjälpaxelns vevstång spelar en avgörande roll i VD4-brytarmekanismens funktion. Den säkerställer en smidig övergång mellan öppnings- och stängningslägena genom att koppla samman öppnings- och stängningssektorplattorna och underlätta deras rörelse.

3. Utgångsmodul

Utgångsmodulen i VD4-manövermekanismen är en viktig komponent som omvandlar huvudaxelns rotationsrörelse till den linjära rörelse som krävs för att öppna och stänga brytaren. Den består av tre kamskivor monterade på huvudaxeln och tre dubbelarmade rörliga länkar placerade längst ner på mekanismen.

Den dubbelarmade rörliga länken fungerar som en hävstång, med dess stödpunkt placerad i mitten. Den främre änden av hävarmen påverkas av kamskivan på huvudaxeln, medan den bakre änden är ansluten till vakuumbubblans isolerande dragstång och öppningsfjädern.

Under stängningsoperationen roterar kamskivan tillsammans med huvudaxeln och trycker ner rullarna i den främre änden av den dubbelarmade rörliga länken. Denna åtgärd lyfter länkens bakre ände, trycker den isolerande dragstången uppåt och stänger de dynamiska och statiska kontakterna i vakuumbubblan. Samtidigt komprimeras öppningsfjädern och lagrar energi för den efterföljande öppningsoperationen.

Omvänt, under öppningsoperationen, roterar kamskivan i motsatt riktning, vilket frigör rullarna i den främre änden av den dubbelarmade rörliga länken. Detta gör att öppningsfjädern kan expandera, separera de dynamiska och statiska kontakterna och öppna kretsen.

4. Låsfunktion

VD4-manövermekanismen har en omfattande låsfunktion som förbättrar säkerheten och tillförlitligheten. Här är en närmare titt på varje låsfunktion:

1. Förbud mot stängning när handkärran är i mittenläge:
   • En stängande låselektromagnet (Y1) är installerad.
   • Gränslägesbrytare (S8 och S9) är parallellkopplade med den stängande låselektromagneten för att bilda stängningslåskretsen.
   • När handlekärran är i testläge eller arbetsläge ansluts antingen S8 eller S9 till stängningslåskretsen, vilket laddar stängningslåselektromagneten och frigör den mekaniska låsningen av stängningshalvaxeln.
   • En hjälpbrytare (S2) i effektbrytarens slutkrets är seriekopplad med den rörliga järnkärnan i den slutande låselektromagneten, vilket förbereder kretsen för att utföra slutkommandot. Som nämnts ovan kombinerar åtgärden mekanisk låsning och elektrisk låsning, vilket är ett omfattande låsschema.

Beskrivningen beskriver i detalj vikten och funktionen hos hjälpbrytaren S2 i slutkretsen för ett VD4-kopplingsschema för en handkärrsbrytare. Här är en kortfattad sammanfattning och förklaring av huvudpunkterna:

Hjälpbrytare S2 i slutkretsen

1. Förbättrad låsningssäkerhet:
   • Hjälpströmbrytaren S2 används tillsammans med den mekaniska låsningen som tillhandahålls av den stängande låselektromagneten Y1.
   • Denna dubbla låsmekanism ökar tillförlitligheten hos brytarens låsfunktion.
2. Förebyggande av överhettning och skador:
   • Om S2 inte ingår i tillslutningskretsen, och brytarens handvagn tar emot ett tillslutningskommando i mittläget, kommer tillslutningskretsen att strömföras.
   • På grund av den blockerande funktionen hos den slutande låsande elektromagneten Y1 kan den slutande halvaxeln inte rotera, vilket förhindrar att brytaren sluts.
   • Detta skulle leda till förlängd aktivering av den slutande elektromagneten, vilket skulle orsaka att den överhettas och potentiellt brinner ut.
3. Hjälpbrytarens roll:
   • Genom att inkludera S2 i kretsen säkerställs att den slutande elektromagneten endast aktiveras när strömbrytaren är i rätt läge för slutning.
   • Detta förhindrar onödig energipåverkan och potentiell skada på elektromagneten.

Stängningsmekanism för spärrning

1. Mekanisk låsning:
   • Stängningsmekanismen är ett rent mekaniskt system som använder en fyrlänksstruktur som består av brytarens förreglingsplatta, förreglingsspak och låsspak.
   • Denna mekanism är etablerad mellan bilens ledarskruv och brytarens slutande halvaxel.
2. Funktionalitet:
   • När brytarens handvagn är i test- eller arbetsläge är brytarens förreglingsplatta i chassit horisontell, vilket gör att den slutande halvaxeln kan rotera fritt.
   • När handlekärran är i mittläget lyfts spärrplattan av ledarskruven, vilket gör att låsspaken griper in i plastkammen på den stängande halvaxeln och låser dess rotation.

Sammanfattningsvis är hjälpbrytaren S2 i tillslagskretsen och tillslagsspärrmekanismen båda avgörande komponenter som säkerställer säker och tillförlitlig drift av brytarens handvagn. De arbetar tillsammans för att förhindra obehöriga eller osäkra tillslag och skydda utrustningen från potentiella skador.

Figur 6 Stängningsmekanism för spärr

Beskrivningen ger en detaljerad översikt över VD4-handkärrens chassikomponenter och deras funktioner, med särskilt fokus på säkerhetsmekanismer och driftsbegränsningar. Här är en sammanfattning och förklaring av huvudpunkterna:

1. Chassiddeformation och underhåll:
   • Studien visade att deformation eller fastklämning av chassit kan förhindra att det mekaniska låset lossnar ordentligt, vilket leder till att stängningsspolen bränns.
   • För att förhindra detta bör regelbunden inspektion och underhåll av relaterade komponenter utföras för att säkerställa att chassit är i gott skick.
2. Blockering av handkärrans rörelse när kretsbrytaren är sluten:
   • VD4-brytaren använder en mekanisk låsmekanism för att förhindra att handkärran flyttas in eller ut när strömbrytaren är sluten.
   • Detta uppnås genom samarbetet mellan låsramen på förreglingsplattan och de främre rullarna på B-fasens dubbelarmade rörliga länk.
   • När strömbrytaren är sluten trycks de främre rullarna nedåt, vilket skapar ett litet mellanrum till låsramen. Om du försöker flytta handkärran trycker ledarskruven mot förreglingsplattan, vilket i sin tur reagerar på ledarskruven och blockerar rörelsen.
3. Blockerande stängningsbrytare utan energilagring:
   • Det är avgörande att brytaren har tillräckligt med energi lagrad innan den kan slutas.
   • Utan energilagring eller ofullständig energilagring kommer stängningshastigheten och kraften att minska, vilket potentiellt kan leda till att stängningen misslyckas.
   • VD4-brytaren använder ett samarbete mellan energilagringslåsplattan och förlängningsplattan på den stängande solfjäderformade plattan för att blockera stängning när det inte finns någon energilagring.
   • När energilagringen är klar griper rullen på energilagringens vevstång in i skivan, vilket gör att brytaren sluts normalt.

Sammanfattningsvis inkluderar VD4-handkärrens chassikomponenter säkerhetsmekanismer för att förhindra felaktig drift, såsom att blockera rörelse när strömbrytaren är sluten och förhindra tillslag utan tillräcklig energilagring. Regelbundet underhåll och inspektion av dessa komponenter är avgörande för att säkerställa utrustningens säker och tillförlitliga drift.

Figur 8 a Position för låsplattan för energilagring när energi lagras

Reviderad text:

Figur 8(b) illustrerar positionen för energilagringsspärrplattan när ingen energi lagras.

För att komplettera den tidigare nämnda mekaniska låsmekanismen är VD4-brytaren också seriekopplad med energilagrings-hjälpbrytaren S1 (som visas i figur 5) inom stängningskretsen. Detta arrangemang förbättrar den elektriska låsfunktionen och skyddar mot potentiell utbränning av stängningselektromagneten.