Структура та принцип роботи механізму автоматичного вимикача ABB VD4

The ВД4, відомий вимикач середньої напруги від ABB, був проданий майже мільйоном одиниць по всьому світу. Незважаючи на його надійність, трапляються несправності, особливо в робочому механізмі. Обслуговуючий персонал покладається на інструкцію ABB, але детальних посібників бракує. Розбираючи утилізований VD4, автор надає корисні поради у практичній роботі.

Механізм VD4 оснащений плоскою прокручуваною пружиною та головним валом з багатоступеневим відключенням для підтримки та перетворення положення, виведення яких здійснюється через кулачковий важіль.

1. Зберігання енергії:

VD4 використовує стабільні плоскі прокручувальні пружини, що покращує ефективність механізму порівняно з традиційними пружинами.

Відредагований текст:

Рисунок 1: Плоска прокручувальна пружина

Як показано на рисунку 1, один кінець плоскої прокручуваної пружини закріплений на головному валу, а інший кінець прикріплений до корпусу пружини. Під час накопичення енергії кінець головного валу спіральної пружини залишається нерухомим, а двигун накопичення енергії або коромисло накопичення енергії обертає корпус пружини за годинниковою стрілкою (якщо дивитися з лівого боку механізму; однакова орієнтація застосовується по всій поверхні) за допомогою храповика, ланцюга та великої шестерні, тим самим натягуючи прокручувану пружину.

Під час відкривання та закривання корпус пружини спіралі фіксується, і після звільнення механізму відключення головний вал обертається за годинниковою стрілкою під дією пружини спіралі, вивільняючи накопичену енергію.

Оскільки VD4 використовує плоску пружину спіралі, перехід між станами «незарядженого» та «збереженого» пружини відрізняється від більшості пружинних механізмів. Він передбачає фіксований зазор на корпусі пружини спіралі, що полегшується координацією диска, допоміжного кулачка, закріпленого на головному валу, та ролика, встановленого на шатуні накопичувача енергії. Простіше кажучи, після завершення накопичення енергії ролик, що приводиться в рух шатуном накопичувача енергії, входить у виїмку на диску. Отже, шатун накопичувача енергії повертається на певний кут, що призводить до переходу відповідного допоміжного контакту накопичувача енергії та механічного індикатора накопичення енергії у стан «Збережена енергія». І навпаки, під час процесу вмикання автоматичного вимикача максимальний радіус допоміжного кулачка перетинає зазор диска, відштовхуючи ролик назад до зовнішнього краю диска. Ця дія повертає шатун накопичувача енергії до його початкового кута, що призводить до повернення допоміжного контакту накопичувача енергії та механічного індикатора накопичення енергії до стану «Незбережена енергія».

Рисунок 2: Принципова діаграма переходу стану накопичення енергії

Важливо зазначити, що у випадку традиційного перемикача VD4, який знаходиться у відкритому положенні без накопичення енергії, значна кількість енергії залишається накопиченою всередині планарної спіральної пружини. Тому все одно необхідно вживати заходів безпеки.

2. Модуль подорожі

Модуль розчеплення приводного механізму вимикача VD4 може похвалитися елегантним та самобутнім дизайном. Незважаючи на очевидну складність, після розбирання та аналізу весь модуль розчеплення можна розділити на три основні структури розчеплення:

Перший ступінь розчіпної конструкції складається з переднього ролика та гальмівного диска великої віялоподібної пластини, яка функціонує як спеціалізована розчіпна конструкція "фіксатор + ролик". Другий ступінь включає велику віялоподібну пластину та велику піввісь, утворюючи типову розчіпну конструкцію "піввісь + віялоподібна пластина". Третій ступінь включає в себе відкривається піввісь, віялоподібну пластину відкривається, закриваючу піввісь та закриваючу віялоподібну пластину, які разом утворюють два набори комбінацій розчіпних затискачів "піввісь + віялоподібна пластина".

Рисунок 3: Структурна схема модуля подорожі

Модуль відключення приводного механізму перемикача VD4 виконує як функцію утримання, так і функцію відключення. Давайте детальніше розглянемо ці функції.

Функція утримання:

Візьмемо, наприклад, положення закриття. Після завершення дії закриття передній ролик великої віялоподібної пластини потрапляє у відповідний паз на гальмівному диску. У цей момент велика піввісь надійно утримується на місці кліщовою структурою, утвореною секторними пластинами відкриття та закриття. Це запобігає підйому передніх роликів великих секторних пластин, ефективно блокуючи гальмівний диск і утримуючи головний вал у положенні закриття.

Функція відключення:

Тепер розглянемо функцію спрацьовування на прикладі дії відкриття. Коли механізм отримує команду відкриття, піввісь відкриття повертається за годинниковою стрілкою на певний кут. Цей рух призводить до того, що віялова пластина відкриття втрачає свою тимчасову точку опори та обертається за годинниковою стрілкою, руйнуючи кліщоподібну опорну конструкцію, утворену віялоподібними пластинами відкриття та закриття. В результаті велика піввісь обертається проти годинникової стрілки під дією зворотної пружини, звільняючи велику віялоподібну пластину. Потім велика віялоподібна пластина під дією зворотної пружини піднімає передній ролик, звільняючи гальмівний диск. Гальмівний диск обертається за годинниковою стрілкою під дією пружини спіралі, ініціюючи дію відкриття.

Під час процесу відкриття шатун на допоміжному валу положення відкриття та закриття (як показано на рисунку 4) штовхає секторну пластину відкриття для скидання та повторного зчеплення з піввіссю відкриття. Це відновлює опорну конструкцію у формі затискача, утворену секторними пластинами відкриття та закриття, і повертає велику піввісь до її початкового кута. Одночасно допоміжні диски з обох боків гальмівного диска впливають на задні ролики великої віялоподібної пластини, коли вони обертаються разом з головним валом. Це піднімає задню частину великої віялоподібної пластини та опускає передню частину, готуючи її до наступного блокування переднього ролика з гальмівним диском.

Рисунок 4: Шатун допоміжного вала у відкритому та закритому положеннях

Шатун допоміжного вала відіграє вирішальну роль у роботі механізму перемикача VD4. Він забезпечує плавний перехід між положеннями відкриття та закриття, з'єднуючи пластини сектора відкриття та закриття та полегшуючи їх рух.

3. Вихідний модуль

Вихідний модуль приводного механізму VD4 є життєво важливим компонентом, який перетворює обертальний рух головного валу на лінійний рух, необхідний для вмикання та вмикання автоматичного вимикача. Він складається з трьох кулачкових дисків, встановлених на головному валу, та трьох двоплечих рухомих ланок, розташованих у нижній частині механізму.

Двоплечий рухомий ланковий механізм функціонує як важіль, точка опори якого розташована посередині. Передній кінець важеля знаходиться під дією кулачкового диска на головному валу, а задній кінець з'єднаний з ізоляційним тяговим стрижнем вакуумного міхура та пружиною відкриття.

Під час замикання кулачковий диск обертається разом з головним валом, натискаючи на ролики на передньому кінці двоплечого рухомого ланки. Ця дія піднімає задній кінець ланки, штовхаючи ізоляційний тяговий стрижень вгору та замикаючи динамічні та статичні контакти у вакуумній бульбашці. Одночасно стискається розмикальна пружина, накопичуючи енергію для наступної операції розмикання.

І навпаки, під час операції розмикання кулачковий диск обертається в протилежному напрямку, звільняючи ролики на передньому кінці двоплечого рухомого ланки. Це дозволяє розширювальній пружині розширюватися, розділяючи динамічні та статичні контакти та розмикаючи ланцюг.

4. Функція блокування

Механізм керування VD4 включає комплексну функцію блокування, яка підвищує безпеку та надійність. Ось детальніший огляд кожної з функцій блокування:

1. Заборона закривання, коли ручний візок знаходиться в середньому положенні:
   • Встановлено електромагніт блокування закриття (Y1).
   • Кінцеві вимикачі (S8 та S9) підключені паралельно до електромагніту блокування закриття, утворюючи ланцюг блокування закриття.
   • Коли ручний візок знаходиться в тестовому або робочому положенні, S8 або S9 підключається до кола блокування закриття, заряджаючи електромагніт блокування закриття та розблоковуючи механічне блокування півосі закриття.
   • Допоміжний вимикач (S2) у колі вмикання автоматичного вимикача з'єднаний послідовно з рухомим залізним осердям електромагніту блокування вмикання, готуючи коло до виконання команди вмикання. Згаданий вище захід поєднує механічне блокування та електричне блокування, що являє собою комплексну схему блокування.

У наданому описі детально описано важливість та функціональність допоміжного вимикача S2 у ланцюзі замикання схеми електричного керування VD4 для автоматичного вимикача ручного типу. Ось короткий виклад та пояснення ключових моментів:

Допоміжний вимикач S2 у ланцюзі замикання

1. Підвищена надійність блокування:
   • Допоміжний вимикач S2 використовується разом із механічним блокуванням, що забезпечується електромагнітом Y1, що замикає.
   • Цей подвійний механізм блокування підвищує надійність функції блокування автоматичного вимикача.
2. Запобігання перегріву та пошкоджень:
   • Якщо S2 не включено до кола замикання, і ручний вимикач отримує команду на замикання, перебуваючи в середньому положенні, коло замикання буде увімкнено.
   • Через блокувальну дію електромагніту Y1, що блокує вмикання, піввісь вмикання не може обертатися, що запобігає вмиканню автоматичного вимикача.
   • Це призвело б до тривалого живлення електромагніту замикання, що спричинило б його перегрів і потенційне перегорання.
3. Роль допоміжного перемикача:
   • Включення S2 у коло забезпечує живлення електромагніту вмикання лише тоді, коли автоматичний вимикач знаходиться у правильному положенні для вмикання.
   • Це запобігає непотрібному перенапрузі та потенційному пошкодженню електромагніту.

Механізм блокування закриття

1. Механічне блокування:
   • Механізм блокування вмикання — це суто механічна система, яка використовує чотириланкову структуру, що складається з пластини блокування автоматичного вимикача, важеля блокування та важеля блокування.
   • Цей механізм встановлено між ходовим гвинтом шасі автомобіля та замикаючою піввіссю автоматичного вимикача.
2. Функціональність:
   • Коли ручний візок з вимикачем знаходиться у випробувальному або робочому положенні, пластина блокування вимикача в шасі розташована горизонтально, що дозволяє піввалю вмикання вільно обертатися.
   • Коли ручний візок знаходиться в середньому положенні, стопорна пластина піднімається ходовим гвинтом, в результаті чого важіль блокування входить у зачеплення з пластиковим кулачком замикаючого півосі, блокуючи його обертання.

На завершення, допоміжний вимикач S2 у колі вмикання та механізм блокування вмикання є важливими компонентами, що забезпечують безпечну та надійну роботу ручного візка автоматичного вимикача. Вони працюють разом, щоб запобігти несанкціонованим або небезпечним операціям вмикання та захистити обладнання від потенційних пошкоджень.

Рисунок 6. Механізм блокування закриття

Наданий опис містить детальний огляд компонентів шасі ручного візка VD4 та їхніх функцій, зосереджуючись на механізмах безпеки та експлуатаційних обмеженнях. Ось короткий виклад та пояснення ключових моментів:

1. Деформація та обслуговування шасі:
   • Дослідження показало, що деформація або заклинювання шасі може перешкоджати правильному розблокуванню механічного замка, що призводить до згоряння замикаючої котушки.
   • Щоб запобігти цьому, слід регулярно перевіряти та обслуговувати відповідні компоненти, щоб забезпечити належний робочий стан шасі.
2. Блокування руху ручного візка, коли автоматичний вимикач увімкнено:
   • Перемикач VD4 використовує механічний механізм блокування, щоб запобігти переміщенню ручного візка всередину або назовні, коли автоматичний вимикач увімкнено.
   • Це досягається завдяки взаємодії між блокувальною рамою на блокувальній пластині та передніми роликами рухомої ланки з двома важелями B-фази.
   • Коли автоматичний вимикач замкнено, передні ролики притискаються вниз, створюючи невеликий зазор із запірною рамою. Спроба перемістити ручний візок призведе до того, що ходовий гвинт тиснутиме на блокувальну пластину, яка, у свою чергу, реагує на ходовий гвинт, блокуючи рух.
3. Блокувальний вимикач замикання без накопичення енергії:
   • Вкрай важливо, щоб автоматичний вимикач мав достатній запас енергії, перш ніж його можна буде замкнути.
   • Без накопичення енергії або з неповним накопиченням енергії швидкість та сила закриття зменшуватимуться, що потенційно може призвести до невдалого закриття.
   • Перемикач VD4 використовує взаємодію між блокувальною пластиною накопичувача енергії та подовжувальною пластиною віялоподібної замикаючої пластини для блокування замикання, коли немає накопичувача енергії.
   • Після завершення накопичення енергії ролик на шатуні накопичувача енергії входить у зачеплення з диском, дозволяючи автоматичному вимикачу нормально замикатися.

Підсумовуючи, компоненти шасі ручного візка VD4 включають механізми безпеки для запобігання неправильній роботі, такі як блокування руху, коли автоматичний вимикач увімкнено, та запобігання вмиканню без достатнього накопичення енергії. Регулярне технічне обслуговування та перевірка цих компонентів є важливими для забезпечення безпечної та надійної роботи обладнання.

Рисунок 8a Положення блокувальної пластини накопичувача енергії під час накопичення енергії

Переглянутий текст:

На рисунку 8(b) показано положення пластини блокування накопичення енергії, коли енергія не накопичується.

На додаток до вищезгаданого механічного механізму блокування, перемикач VD4 також послідовно з'єднаний з допоміжним перемикачем накопичення енергії S1 (як показано на рисунку 5) у колі замикання. Таке розташування покращує функцію електричного блокування та захищає від потенційного перегорання електромагніту замикання.