ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

имп
мс
Полезная модель относится к автоматике и низковольтному элекгроаппаратостроению, в частности, к переключателям с электромагнитным приводом и может быть использована для коммутации электрических цепей в быстродействующих (длительность управляющего электрического импульса t≤4) системах автоматики, работающих в условиях вибрационных, линейных и ударных воздействий.
Известен переключатель (свидетельство на полезную модель №44873, «Переключатель», МПК7 Н01Н 63/00, опубл. 27.03.2005, бюл. №9), содержащий электромагнитный привод, выполненный в виде двух электромагнитов с общим якорем, возвратную пружину, фиксатор, состоящий из ротора и статора, две группы подвижных и неподвижных управляющих контактов и рабочие контакты. При этом элементы привода и фиксатора установлены на разных валах и связаны между собой зубчатой передачей. Такое выполнение конструкции усложняет ее и снижает быстродействие из-за того, что рабочий цикл переключателя осуществляется за два этапа:
- закручивание пружины под действием управляющего сигнала, в результате чего в ней аккумулируется потенциальная энергия;
- поворот выходных валов с подвижными контактами на один шаг.
Прототипом предлагаемого технического решения является переключатель (а.с. №416783, M. Кл. H01h 63/22 «Электромагнитный дистанционный переключатель», опубл. 25.11.1974, бюл. №7), содержащий электромагнитный механизм, выполненный в виде нереверсивного шагового двигателя с неподвижным двухкатушечным ротором, на цилиндрический статор которого одета кольцеобразная диэлектрическая траверса с равномерно расположенными по ее внешнему периметру контактными мостиками (перемыкателями), установленными возможностью контактирования с контактными пластинами (неподвижными контактами). Цикл работы переключателя совершается за один шаг шагового двигателя, равный π/2.
Выполнение электромагнитного механизма в виде нереверсивного шагового двигателя упрощает конструкцию переключателя. Однако, недостатком данной конструкции является невозможность достижения оптимальных условий коммутации.
Улучшение условий коммутации может быть достигнуто электрическим путем, например, введением искрогасящих цепочек, или путем увеличения количества перемыкателей, участвующих в процессе коммутации, что приведет к уменьшению числа коммутаций для каждого перемыкателя с выполнением заданного цикла работы и обеспечением необходимого ресурса работы. При этом, здесь и далее по тексту под заданным циклом работы подразумевается количество шагов шагового двигателя, необходимое для выполнения по определенной программе коммутации электрических цепей.
Улучшение условий коммутации путем увеличения количества перемыкателей при сохранении заданного цикла работы в прототипе невозможно, т.к. введение дополнительного(-ых) перемыкателя(-ей) приведет к изменению состояния магнитной системы и, как следствие, к изменению конструкции шагового двигателя, а именно, уменьшению угла шага, за который совершается заданный цикл его работы, т.е. уменьшению временного параметра его отработки.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в обеспечении автоматической коммутации электрических цепей с заданными циклом и ресурсом работы в условиях вибрационных, линейных и ударных воздействий.
Технический результат, получаемый при осуществлении полезной модели, заключается в повышении надежности переключателя за счет создания оптимальных условий коммутации электрических цепей при сохранении габаритно-массовых характеристик, заданного цикла и необходимого ресурса работы в условиях вибрационных, линейных и ударных воздействий.
Дополнительные технические результаты: улучшение динамических характеристик (быстродействие, погрешность, потребление, момент нагрузки и т.д.), повышение ударовибростойкости за счет снижения габаритов, массы и момента инерции вращающихся элементов.
Указанный технический результат достигается тем, что в переключателе, содержащем размещенные в корпусе нереверсивный шаговый двигатель, по крайней мере, один неподвижный контакт и, по крайней мере, один перемыкатель, закрепленный на диэлектрической траверсе, новым является то, что дополнительно введен, по крайней мере, один перемыкатель, траверса закреплена на дополнительно введенном валу, кинематически связанном с валом шагового двигателя через механическую передачу, передаточное число «i» которой выбрано из соотношения
M
где α - механический шаг шагового двигателя,
S - количество шагов шагового двигателя, необходимое для выполнения заданного цикла работы;
α - величина угла между перемыкателями.
Указанный выше технический результат получен за счет того, что вращающиеся элементы шагового двигателя и перемыкатели расположены на разных валах, связанных через механическую передачу, и работают по заданному циклу.
Увеличение числа перемыкателей, поочередно участвующих в процессе коммутации неподвижного контакта, возможно при введении в переключатель механической передачи. При этом оптимизируются условия коммутации, т.к. каждый перемыкатель будет меньшее количество раз участвовать в процессе коммутации и, как следствие, уменьшится интенсивность износа его в процессе возникновения дуг и мостиков (дребезга), т.е. повысится надежность переключателя. А реализация механической передачи с передаточным числом, приведенном в соотношении (1), обеспечит выполнение работы механизма с заданными циклом и ресурсом работы. Временная характеристика цикла работы при этом не изменится, т.к. она определяется параметрами магнитной системы шагового двигателя, т.е. его конструкцией, а она остается неизменной.
Кроме того, все вращающиеся элементы шагового двигателя и перемыкатели расположены на своих валах, минимизированы по габаритно-массовым характеристикам и по моменту инерции, отбалансированы относительно них.
Описание конструкции и принцип работы приводится на примере переключателя, кинематическая схема которого приведена на фиг.1, а циклограмма работы - на фиг.2.
Переключатель содержит корпус 1, нереверсивный шаговый двигатель 2, выходной вал 3 которого через механическую передачу 4 кинематически соединен с выходным валом 11, на котором закреплена траверса 10 с перемыкателями 5, 6, 7, 8, 9, установленными с возможностью контактирования с неподвижным контактом 12. Передаточное отношение «i» механической передачи 4 выбрано в соответствии с соотношением (1).
Управление шаговым двигателем 2 обеспечивается с помощью обмоток 13 и 14.
Описание работы поясняется на примере переключателя, у которого:
- выходной вал 3 шагового двигателя 2 (однофазного двухтактного, как в прототипе) совершает полный оборот за 20 шагов;
- заданный цикл работы совершается за 8 шагов шагового двигателя 2, при этом обеспечивается выполнение заданной программы: 6 шагов соответствуют разомкнутому состоянию контакта 12 и 2 шага - замкнутому;
M
- величина угла механического шага α определяется из литературы «Дискретный электропривод с шаговыми двигателями». Под общ. ред. М.Г.Чиликина, М., «Энергия», 1971, стр.10:
r
где Z - число зубцов ротора шагового двигателя 2 (для данного
r
примера равно Z=10)
n - число тактов коммутации или электрических состояний, что одно и то же (для данного примера n=2);
с учетом приведенных величин
- для того, чтобы обеспечить оптимальные условия коммутации в процессе работы переключателя дополнительно к перемыкателю 5 установлены перемыкатели 6, 7, 8, 9. Количество дополнительных перемыкателей определяется расчетно-экспериментальным путем, исходя из обеспечения заданного ресурса работы. Установленные равномерно на выходном валу 11 пять перемыкателей 5, 6, 7, 8, 9 должны располагаться друг относительно друга под углом
Подставляя приведенные выше значения в соотношение (1), определим необходимую величину передаточного отношения «i» механической передачи 4
Переключатель работает следующим образом. При поочередной подаче на катушки 13 и 14 шагового двигателя 2 восьми электрических импульсов выходной вал 3 повернет через механическую передачу 4 с передаточным отношением i=2 выходной вал 11 с траверсой 10 и перемыкателями 5, 6, 7, 8, 9 на угол 72°, отработав перемыкателем 5 заданный первый цикл работы.
Каждый последующий заданный цикл работы будет отрабатываться соответствующим дополнительным перемыкателем 6, 7, 8, 9 по циклограмме (фиг.2) с последующим повторением, начиная с перемыкателя 5, и так далее до полной выработки всего ресурса переключателя с обеспечением его параметров.
Следовательно, в процессе выработки переключателем его ресурса перемыкатели 5, 6, 7, 8, 9 будут поочередно коммутировать неподвижный контакт 12, что позволяет оптимизировать условия коммутации, т.к. каждый перемыкатель будет меньшее количество раз участвовать в процессе коммутации и, как следствие, уменьшится интенсивность износа его в процессе возникновения дуг и мостиков (дребезг), т.е. повысится надежность переключателя.