Привод поршневого контакта электровыключателя
ELECTRIC SWITCH PISTON CONTACT DRIVE

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводам поршневого контакта высоковольтного выключателя, и может быть использовано, например, в радиосвязи при переключении высоковольтных выключателей в контурных системах мощных передатчиков.
Известно устройство для шагового дискретного перемещения подвижной короткозамкнутой обмотки с программным управлением.
Наиболее близким устройством, выбранным в качестве прототипа, является привод высоковольтного электровыключателя, работающий на переменном токе и содержащий линейный цилиндрический электродвигатель, вторичный элемент которого, взаимодействует с валом выключателя через операционный блок посредством подвижного штока.
Недостатком прототипа является большое время срабатывания привода элктровыключателя при переключении из одного положения в другое.
Известны также гидравлические, пневматические, кривошипно-шатунные механизмы и шестеренчатый электропривод с частотным регулированием скорости. Их основной недостаток - сложность и недостаточное быстродействие.
Так, например, общее время переключений высоковольтных замыкателей при настройке радиопередатчика и элементы настройки антенны, занимает от 30 до 50 секунд, что крайне не удовлетворяет современным требованиям к специальной техники радиосвязи.
Задача изобретения - сокращение времени срабатывания привода высоковольтного замыкателя при перестройке радиопередатчика и повышение надежности срабатывания контактного поршня электродвигателя при замыкании и размыкании контактных групп.
На фиг. 1 представлен привод контактного поршня элктровыключателя, содержащий цилиндрическую направляющую гильзу 1 из изоляционного материала с расположенными по ее окружности, как минимум двумя группами подпружиненных контактов 2а и 2в, внутри гильзы расположены токопроводящий поршень 3 с кольцевыми пазами 4 и штоком 5, выполненным из изоляционного материала с зубчатой рейкой 6, входящей в зацепление с ведущей шестерней 7 шагового электродвигателя 8 с программным блоком 9.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
При включении шагового электродвигателя 8 с программным блоком 9, ведущая шестерня 7 на половине рабочего хода разгоняет через зубчатую рейку 6, находящуюся в зацеплении со штоком 5, контактный поршень 3 из крайнего нижнего положения, в крайнее верхнее положение до нулевой скорости. Точность установки контактного поршня в крайних положениях - в пределах угла поворота вала шагового электродвигателя, не превышает 0,09°.
При нахождении поршня 3 в крайнем верхнем положении, подпружиненные контактные группы 2а и 2в, расположенные по периметру направляющей изоляционной гильзы 1 западают в кольцевые пазы 4 поршня 5, обеспечивая устойчивый электрический контакт с поршнем 5 и надежно удерживая его в крайнем верхнем положении. При нахождении поршня 3 в нижнем положении, в верхний его кольцевой паз 4 западают подпружиненные контакты 2в, сигнализируя, что поршень 3 находится в нижнем положении и элемент высокочастотного тракта отключен.
Расчет времени срабатывания привода поршневого высокочастотного контакт представлен в двух вариантах:
1. Расчетная схема:
пружинные контакты;
Контакты-сухарики;
Контактный поршень;
Шток поршня с зубчатой рейкой;
Металлофторопластовые самосмазывающиеся втулки.
Тяговая шестерня:
модуль 6 мм, число зубьев 20, диаметр делительной окружности Dd=60 мм на оси ротора шагового эл. двигателя FL865STH156-6204A с блоком управления SMD-82.
2. Исходные данные для конкретного случая
3. Задача расчета
Определить время перемещения контактного поршня со штоком в пределах рабочего хода, а так же запасы усилия ротора шагового двигателя.
4. Расчет параметров привода:
4.1 Необходимый крутящий момент ротора (тяговой шестерни)
4.2 Необходимое число оборотов тяговой шестерни (ротора) в пределах рабочего хода поршня-штока np=L/3πDd np1=0,6/3,14*0,06=3,2 об.
np2=0,3/3,14*0,06=1,6 об.
В соответствии с моментной характеристикой испытаний шагового эл. двигателя FL865STH156-6204A, с блоком управления (программатором) (см. рис. 2)
При заданном программатором числе импульсов в диапазоне 500-1000 угловых шагов 1,80/с соответствующего максимальному числу оборотов ротора 5 об/с (300 об/мин), крутящий и удерживающий моменты ротора Мк/у=9Н*М.
4.3 Запасы по моменту и усилию тяговой звездочки составляют:
r=Мк/у/Мр
r1=9/5,6=1,6 r2=9/2,94=3,1
4.4 Алгоритм работы привода: равноускоренный разгон поршня-штока на первой половине рабочего хода и равноускоренное замедление на второй половине до нулевой скорости, с последующим удержанием в крайних положениях (верхней или нижней «мертвых» точках) до новой команды «включить-выключить».
4.5 Усилие разгона/торможения на зубе тяговой шестерни
N=MK/y/η*Dd/2=9/0,98*0,03=306,1 Н (31,2 кгс), где η=0,98 - кпд привода
4.6 Ускорение поршня штока a=N/M a1=31,2/15=2,1 м/с2 а2=31,2/7=4,4 м/с2
4.7 Скорость разгона/торможения поршня-штока V=√(L*a)
4.8 Время перемещения поршня-штока в пределах половины рабочего хода
4.9 Время перемещения штока поршня в пределах полного рабочего хода
Общая масса привода с шаговым двигателем, блоком управления тяговой шестерней, опорным кронштейном с металлофторопластовыми втулками не более 6,2 кг.
Ток в фазе двигателя не более 6А, напряжение питания 220 В переменного тока или 24 В постоянного тока.
Из представленных расчетов видно - время срабатывания поршня-штока в пределах полного рабочего хода в рассмотренных двух вариантах не превышает 1,1 секунды, что вполне удовлетворяет требованиям к специальной техники связи.