УСТРОЙСТВО РАСПОЗНАВАНИЯ ТРЕХ СОСТОЯНИЙ РАЗЪЕДИНИТЕЛЯ
DEVICE FOR RECOGNITION OF THREE CONDITIONS OF SPLITTER

Данное изобретение касается устройства распознавания трех состояний электрического разъединителя - «включено», «выключено» и «разъединено».
Из документа US 4,969,063 известно устройство распознавания и сигнализации трех состояний электрического разъединителя - «включено», «выключено» и «разъединено». Данное устройство включает в себя трехпозиционный переключатель, механически соединенный с органом приведения в движение разъединителя. Трехпозиционный переключатель выполнен в виде трех электрических линий, каждая из которых соответствует одному из положений органа приведения в движение и, взаимодействуя с электрическим подвижным контактом, жестко соединенным с органом приведения в движение. В зависимости от положения органа приведения в движение переключатель включает первый светодиод первого цвета, второй светодиод второго цвета или два светодиода одновременно для смешения их цветов.
Устройство такого типа действует от механического контакта между органом приведения в движение и электрическими линиями. Эти линии могут изнашиваться по мере переключений органа приведения в движение, влияя со временем на качество электрических соединений. Кроме того, если в одном из своих положений орган приведения в движение имеет зазор, электрическое соединение между подвижным контактом и соответствующей магнитной линией может быть недостаточным.
Цель изобретения заключается в том, чтобы представить устройство распознавания трех состояний электрического разъединителя, которое было бы надежным, точным, компактным и имело бы электрические соединения, не подверженные преждевременному износу.
Данная цель достигается посредством устройства распознавания трех состояний электрического разъединителя, отличающегося тем, что оно включает в себя:
- подвижное магнитное устройство, выполненное с возможностью перемещения между тремя позициями, соответствующими трем состояниям разъединителя, и включающее в себя, по меньшей мере, один постоянный магнит;
- два микровыключателя, управляемых магнитным эффектом постоянным магнитом, и тем, что
- каждый микровыключатель имеет подвижный элемент, выполненный с возможностью подстраиваться по ориентации линий магнитного поля, чтобы занять положение размыкания или положение замыкания;
- в каждой позиции магнитного устройства два микровыключателя переводятся в позицию размыкания или в позицию замыкания, чтобы сформировать особую комбинацию, характерную для одного из трех состояний разъединителя.
Согласно признаку изобретения магнитное устройство механически соединяется с органом приведения в движение разъединителя, выполненным с возможностью принимать три позиции, соответствующие трем состояниям разъединителя.
Согласно первому варианту осуществления изобретения, магнитное устройство приводится в поступательное движение.
Согласно признаку изобретения, магнитное устройство включает в себя симметричную деталь из ферромагнитного материала. В первой конфигурации эта ферромагнитная деталь представляет собой, например, две ветви в форме U, а постоянный магнит установлен симметрично на ферромагнитной детали между обеими ветвями. Во второй конфигурации ферромагнитная деталь может быть также выполнена в виде трех ветвей для образования Е, а постоянный магнит в данном случае будет занимать каждую из двух выемок, образуемых тремя ветвями ферромагнитной детали.
Согласно второму варианту осуществления изобретения, магнитное устройство приводится во вращательное движение. Постоянный магнит магнитного устройства установлен, например, на раме, приводимой в поворотное движение рычагом, механически соединенным с органом приведения в движение.
Согласно изобретению, подвижный элемент является, например, ферромагнитной мембраной, выполненной с возможностью поворачиваться под магнитным эффектом.
Согласно изобретению, устройство распознавания включает в себя устройство сигнализации, предназначенное для индикации каждого из трех состояний разъединителя в зависимости от позиции микровыключателей. Устройство сигнализации может быть установлено, например, на корпусе разъединителя или смещено относительно разъединителя.
Изобретение касается также электрического разъединителя, который включает в себя описанное выше устройство распознавания, а также систему контроля множества разъединителей подобного типа. Система контроля включает в себя, например, коммуникационную шину, к которой подключаются устройства распознавания состояний разъединителей. Эта коммуникационная шина подсоединяется к центральному терминалу, предназначенному для обработки и централизации принимаемых сигналов, а также отображения состояния каждого из разъединителей, подключенных к шине, в зависимости от этих сигналов. Отображение может осуществляться с помощью светового табло или на экране терминала.
Прочие характеристики и преимущества будут представлены в приведенном ниже подробном описании, относящемся к варианту осуществления изобретения, который дан в качестве примера и который поясняется прилагаемыми чертежами.
Фиг. 1А-1С показывают вид сбоку трехпозиционного электрического разъединителя соответственно в состоянии «включено», «выключено» и «разъединено», который оснащен устройством распознавания согласно изобретению.
Фиг. 2 представляет в перспективе первый вариант исполнения подвижной пластинки устройства распознавания согласно изобретению.
Фиг. 3 представляет в перспективе магнитное устройство в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 4 показывает полевые линии магнитного поля, создаваемого магнитами магнитного устройства согласно фиг. 3. На данном чертеже представлены также два микровыключателя в состоянии покоя.
Фиг. 5А-5С представляют вид сбоку в трех различных позициях магнитного устройства согласно фиг. 3, показывают влияние магнитных полей, создаваемых их постоянными магнитами, на состояние двух микровыключателей.
Фиг. 6 показывает вид сверху второго варианта осуществления подвижной пластинки устройства распознавания согласно изобретению.
Фиг. 7 представляет магнитное устройство согласно второму варианту осуществления изобретения.
Фиг. 8 показывает полевые линии магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом магнитного устройства, которое представлено на фиг. 7. На фиг. 8 представлены также два микровыключателя в состоянии покоя.
Фиг. 9А-9С показывают вид сбоку магнитного устройства, которое представлено на фиг. 7 в трех различных позициях, и показывают влияние магнитного поля, создаваемого его постоянным магнитом, на состояние двух микровыключателей.
Фиг. 10 представляет вариант устройства распознавания согласно изобретению, встроенного в разъединитель.
Фиг. 11А-11С показывают принцип действия устройства распознавания, представленного на фиг. 10.
Фиг. 12 показывает микровыключатель в том виде, как он используется в устройстве распознавания согласно изобретению.
Фиг. 13А и 13В показывают микровыключатель, представленный на фиг. 12, приводимый в движение постоянным магнитом, соответственно, в позиции размыкания и в позиции замыкания.
Фиг. 14 показывает пример конфигурации устройства сигнализации, управляемого двумя микровыключателями.
Устройство распознавания согласно изобретению предназначено для встраивания в трехпозиционный электрический разъединитель 1. Известным образом, разъединитель 1 имеет корпус 10, на который монтируется орган приведения в движение, состоящий, например, из поворотной или вращающейся рукоятки 11. На фиг. 1А-1С рукоятка имеет форму поворотного рычага, но следует учитывать, что она также может иметь форму вращающейся ручки.
Рукоятка 11 может передвигаться между тремя позициями - позицией «включено» (“Marche” - M), позицией «выключено» (“Arret” - A) и позицией «разъединено» (“Declenche” - D), находящейся посередине между позицией «включено» (“Marche” - M) и позицией «выключено» (“Arret” - A). Перемещение рукоятки из позиции «включено» (“Marche” - M) в позицию «разъединено» (“Déclenché” - D) происходит автоматически при выявлении сбоя в электрической сети, например, при коротком замыкании. В каждой из трех позиций (M, A, D) рукоятки 11 разъединитель находится, соответственно, в состоянии «включено» (“On”), «выключено» (“Off”) или «разъединено» (“Trip”).
Устройство распознавания включает в себя, по меньшей мере, два примыкающих друг к другу микровыключателя 2а, 2b (обозначаемых также со ссылкой 2), которые монтируются в электрической схеме сигнализации С и предназначаются для распознавания состояния разъединителя 1.
Каждый из этих микровыключателей 2а, 2b может переключаться воздействующим устройством между двумя позициями - позицией размыкания (фиг. 13А) и позицией замыкания (фиг. 13В).
Согласно изобретению, эти микровыключатели 2а, 2b переводятся из одного положения в другое посредством магнитного эффекта. Каждый из этих микровыключателей 2а, 2b способен воспринимать направление полевых линий магнитного поля L, создаваемого магнитным воздействующим устройством. Такой тип микровыключателя 2 изготовлен, например, по технологии MEMS (для «микроэлектромеханической системы»).
Пример конфигурации микровыключателя 2, воспринимающего направление полевых линий L магнитного поля, представлен на фиг. с 12 по 13В.
Микровыключатель 2, выполненный с возможностью воспринимать направление полевых линий L, включает в себя подвижную ферромагнитную мембрану 20, которая может деформироваться и может приводиться во вращение вокруг оси вращения (R) магнитным воздействующим устройством. Мембрана 20 может быть, например, железоникелевой.
Мембрана 20 имеет продольную ось (А) и одним своим концом с помощью соединительных планок 22а, 22b соединена с одним или несколькими контактами 23 крепления, жестко соединенными с подложкой 3. Мембрана 20 может поворачиваться относительно подложки 3 по своей оси вращения (R), перпендикулярной ее продольной оси (А). Соединительные планки 22а, 22b создают эластичное соединение между мембраной 20 и контактом 23 крепления и подвергаются нагрузке на изгиб при повороте мембраны 20. Два микровыключателя 2а, 2b могут быть размещены, например, на одной и той же подложке 3.
На удаленном конце относительно ее оси вращения у мембраны 20 имеется подвижный контакт 21. Поворачиваясь, мембрана 20 может занимать, по меньшей мере, две определенные позиции - позицию размыкания (фиг. 13А), в которой две электрические линии 31, 32, неподвижно закрепленные на подложке 3, разъединены, или позицию замыкания (фиг. 13В), в которой две электрические линии 31, 32 соединяются друг с другом подвижным контактом 21, который несет на себе мембрана 20.
0
1
0
1
Один из способов приведения мембраны 20 в движение заключается в приложении магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом 4. Ферромагнитная мембрана 20 перемещается между двумя своими позициями, подстраиваясь под полевые линии L магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом 4. Как следует из фиг. 13А и 13В, магнитное поле постоянного магнита 4 имеет полевые линии L, направленность которых образует магнитную составляющую ВР, ВР, в ферромагнитном слое мембраны 20 по ее продольной оси (А). Эта магнитная составляющая ВР, ВР, образуемая в мембране 20, порождает магнитный вращающий момент, заставляющий мембрану 20 занимать одну из двух ее позиций - позицию замыкания (фиг. 13В) или позицию размыкания (фиг. 13А). Таким образом, перемещая постоянный магнит 4 относительно мембраны 20, можно подвергать мембрану двум различным направленностям полевых линий L магнитного поля постоянного магнита 4 и переводить мембрану 20 из одной позиции в другую.
Этот способ приведения в движение используется в устройстве распознавания согласно изобретению.
Устройство распознавания включает в себя подвижную, перемещающуюся поступательно, пластинку 5, например, из пластика, соединенную механически с рукояткой 11 и выполненную с возможностью принимать три позиции, соответствующие трем состояниям разъединителя 1. Как следует из фиг. 1А - 1С, эта пластинка 5 монтируется, например, на направляющей и может занимать нижнюю позицию (фиг. 1А ), когда рукоятка 11 находится в позиции «выключено» (“Arret” - A), верхнюю позицию (фиг. 1В ), когда рукоятка 11 находится в позиции «включено» (“Marche” - M) или среднюю позицию, расположенную между верхней и нижней позициями (фиг. 1С ), когда рукоятка 11 находится в позиции «разъединено» (“Déclenché” - D).
Подвижная пластинка 5 имеет магнитное устройство 40, 41 с одним или двумя постоянными магнитами, предназначенное для приведения в движение микровыключателей 2а, 2b между их двумя позициями.
На фиг. 3 показано магнитное устройство 40 согласно первому варианту осуществления изобретения, которое включает в себя два идентичных постоянных магнита 400, 401. Это магнитное устройство состоит из одной симметричной детали 402, имеющей продольное сечение в форме Е, из ферромагнитного материала. Эта ферромагнитная деталь 402 имеет две выемки, каждая из которых полностью занята постоянным магнитом 400, 401, находящимся на одном уровне с верхней поверхностью и боковыми поверхностями ферромагнитной детали 402.
На своей верхней поверхности магнитное устройство 40 имеет последовательно первую ферромагнитную оконечную часть, первую магнитную часть, образуемую первым постоянным магнитом 400, вторую ферромагнитную центральную часть, вторую магнитную часть, образуемую вторым постоянным магнитом 401, а также третью ферромагнитную оконечную часть. Расположение постоянных магнитов 400, 401 в ферромагнитной детали 402 позволяет удерживать полевые линии L магнитных полей, создаваемых двумя постоянными магнитами 400, 401 вокруг магнитного устройства 40 (фиг. 4).
Фиг. 7 показывает магнитное устройство 41, соответствующее второму варианту осуществления изобретения и включающее в себя только один постоянный магнит 410. Это магнитное устройство включает в себя также симметричную деталь 412 из ферромагнитного материала, которая, в свою очередь, имеет продольное сечение в форме U. Постоянный магнит 410 устанавливается симметрично между двумя ветвями детали в форме U так, что при этом с той и другой стороны остается выемка. Фиг. 8 показывает полевые линии L магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом 410 в этом магнитном устройстве 41. Наличие ферромагнитной детали 412 позволяет также удерживать полевые L линии вокруг магнитного устройства 41 (фиг. 8).
На своей верхней поверхности магнитное устройство 41, выполненное в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, имеет последовательно первую оконечную часть ферромагнитной детали, выемку, центральную магнитную часть, состоящую из постоянного магнита 410, второй выемки и второй оконечной части ферромагнитной детали.
Согласно изобретению, микровыключатели 2а, 2b, заключенные в корпус 24, монтируются на печатной плате 25, закрепленной напротив подвижной пластинки 5 (фиг. 1А-1С).
Микровыключатели 2а, 2b устанавливаются таким образом, чтобы их оси вращения (R) были параллельны плоскости перемещения подвижной пластинки 5 и перпендикулярны направлению перемещения подвижной пластинки 5.
В первой конфигурации подвижная пластинка 5 несет на себе магнитное устройство 40 с двумя постоянными магнитами 400, 401.
В этой первой конфигурации два микровыключателя 2а, 2b направлены, например, в одну и ту же сторону.
В нижней позиции подвижной пластинки 5 (фиг. 1А) обе мембраны 20 двух микровыключателей 2а, 2b расположены в одном направлении по полевым линиям первого постоянного магнита 400, которые переводят их в позицию замыкания (фиг. 5А).
В верхней позиции подвижной пластинки 5 (фиг. 1В) обе мембраны 20 двух микровыключателей 2а, 2b расположены в одном направлении по полевым линиям второго постоянного магнита 401, которые переводят их в позицию размыкания.
В средней позиции подвижной пластинки 5 (фиг. 1С) мембраны 20 двух микровыключателей 2а, 2b расположены напротив центральной ферромагнитной детали магнитного устройства 40. Мембрана 20 первого микровыключателя 2а выровнена по направлению полевых линий первого постоянного магнита 400, которые переводят его в позицию замыкания, а мембрана 20 второго микровыключателя 2b выровнена по направлению полевых линий второго постоянного магнита 401, которые переводят его в позицию размыкания.
Во второй конфигурации подвижная пластинка 5 несет на себе магнитное устройство 41 только с одним постоянным магнитом 410. В этой конфигурации два микровыключателя 2а, 2b направлены, например, в разные стороны, например, прислоненные друг относительно друга по их оси вращения (R).
В нижней позиции подвижной пластинки 5 (фиг. 9А) мембраны 20 двух микровыключателей 2а, 2b выровнены в одном направлении полевых линий постоянного магнита 410, которые обуславливают позицию замыкания на мембране 20 первого микровыключателя 2а, а на мембране 20 второго микровыключателя 2b - позицию размыкания.
В высокой позиции подвижной пластинки 5 (фиг. 9С) мембраны 20 двух микровыключателей 2а, 2b выровнены в одном направлении полевых линий постоянного магнита 410, эта направленность меняется на противоположную относительно направленности полевых линий, увиденных мембранами 20, когда подвижная пластинка 5 находится в нижней позиции. Таким образом, первый микровыключатель 2а находится в позиции размыкания, а второй микровыключатель 2b - в позиции замыкания.
В средней позиции подвижной пластинки 5 два микровыключателя 2а, 2b расположены симметрично с той и другой стороны оси симметрии магнитного устройства 41 таким образом, что каждая из их мембран 20 выровнены в разные стороны направления полевых линий постоянного магнита 410. Следовательно, прислоненные два микропереключателя 2а, 2b находятся в позиции размыкания.
В этих двух конфигурациях микровыключатели 2а, 2b управляются для формирования в каждой позиции пластинки 5 различная комбинация размыкания и/или замыкания их мембран 20, а также для генерирования в каждом случае другого сигнала, характерного для позиции подвижной пластинки 5 и, следовательно, для позиции рукоятки 11 и состояния разъединителя 1.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, магнитное устройство состоит из одного постоянного магнита 43, неподвижно установленного на раме 60, приводимой во вращение вокруг оси 60 рычагом 61, механически соединенным с рукояткой 11, напрямую или посредством механизма, взаимодействующего с одной стороны с рукояткой 11, а с другой стороны с расцепителем (не показан). Известным образом, этот рычаг 61 может перемещаться поступательным движением и занимать три положения: позицию «включено» (“Marche”), позицию «выключено» (“Arret”) и позицию «разъединено» (“Déclenché”), в зависимости от состояния механизма, чтобы, соответственно, отражать состояние «включено» (“Marche”) разъединителя, его состояние «выключено» (“Arret”) или состояние «разъединено» (“Déclenché”). Более подробно устройство этого типа описано в патентах FR 2 834 379 или FR 2 827 703.
В данном варианте исполнения магнитное устройство переводится не в поступательное движение, а во вращательное движение вокруг оси. Может быть также предусмотрена комбинация поступательного и вращательного движения магнитного устройства.
При вращении постоянный магнит 43 подвергает два микровыключателя 2а, 2b, заключенные, например, в корпус 24, воздействию магнитного поля, имеющего полевые линии L различной направленности, переводя их в позицию размыкания или замыкания.
Как следует из фиг. 11А-11С, постоянный магнит 43 приводится во вращательное движение над микровыключателями 2 вокруг оси, параллельной осям вращения (R) мембран 20 и в том же направлении. Микровыключатели 2а, 2b направлены, например, в одну и ту же сторону и расположены по ту и другую сторону оси (А1) магнита 43 таким образом, что когда постоянный магнит 43 находится параллельно подложке 3, на которой помещены микровыключатели 2а, 2b, мембрана 20 первого микровыключателя 2а, выровненная по направлению полевых линий L магнитного поля постоянного магнита 43, находится в позиции размыкания, а мембрана второго микровыключателя 2b, выровненная по противоположному направлению полевых линий L, находится в позиции замыкания (фиг. 11В).
На фиг. 11А постоянный магнит 43 наклонен в направлении против часовой стрелки так, что мембрана 20 первого микровыключателя 2а выровнена по направлению полевых линий L, переводя его в позицию размыкания, и так, что мембрана 20 второго микровыключателя 2b выровнена по направлению полевых линий L, также переводя его в позицию размыкания.
На фиг. 11С постоянный магнит 43 наклонен в направлении по часовой стрелки так, что мембрана 20 первого микровыключателя 2а выровнена по направлению полевых линий L постоянного магнита 43, переводя его в позицию замыкания, и так, что мембрана 20 второго микровыключателя 2b выровнена по направлению полевых линий L постоянного магнита 43, также переводя его в позицию замыкания.
Разный сигнал в зависимости от состояния микровыключателей 2а, 2b может излучаться устройством сигнализации 7 (фиг. 1А-1С), включающим в себя электрическую схему сигнализации С, которая представлена на фиг. 14 и которая управляется двумя микровыключателями 2а, 2b. Схема, представленная на фиг. 14, служит лишь примером и ни в коем случае не является ограничительной. Устройство сигнализации 7 может быть смонтировано на корпусе 10 разъединителя или смещено относительно него.
Устройство сигнализации 7, представленное на фиг. 14, приспособлено для работы, когда в первом состоянии разъединителя 1 оба микровыключателя 2а, 2b разомкнуты, во втором состоянии разъединителя 1 первый микровыключатель 2а разомкнут, а второй микровыключатель 2b замкнут, а также когда в третьем состоянии разъединителя первый микровыключатель 2а замкнут, а второй микровыключатель 2b разомкнут. Эти комбинации состояний могут быть получены с помощью описанного выше устройства распознавания, оснащенного магнитным устройством 41 в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения.
Данная электрическая схема С включает в себя, например, четыре ответвления С1, С2, С3, С4, соединяемые параллельно. Два ответвления С1, С2 управляются, каждое, одним из микровыключателей 2а, 2b. К каждому из микровыключателей последовательно подсоединяется диод D1, D2, один - в пропускном направлении, другой - в направлении запирания. Два других ответвления С3, С4, включенные в схеме С параллельно, имеют по одному светодиоду L1, L2 (LED - светодиод), один - в пропускном направлении, другой - в запирающем.
Когда первый микровыключатель 2а замкнут, а второй микровыключатель 2b разомкнут, горит первый светодиод L1, а второй светодиод L2 погашен. Эта комбинация соответствует, например, состоянию разъединителя 1 «выключено».
Когда первый микровыключатель 2а разомкнут, а второй микровыключатель 2b замкнут, то первый светодиод L1 погашен, а второй светодиод L2 горит. Эта комбинация соответствует, например, состоянию разъединителя 1 «включено».
Когда оба микровыключателя 2а, 2b разомкнуты, оба светодиода L1, L2 горят. Эта комбинация соответствует, например, состоянию разъединителя 1 «разъединено»,
Согласно изобретению, на основании микровыключателей 2а, 2b речь идет о составлении таблицы истинности, характеризующей состояния каждого из микровыключателей 2а, 2b в зависимости от позиции подвижной пластинки 5, а также состояния на основе светодиодов устройства сигнализации. Такая таблица истинности различна в зависимости от начальной конфигурации микровыключателей 2а, 2b.
Устройство сигнализации 7 может быть смещено или же может быть встроено в систему контроля, предназначенную для контроля состояния нескольких разъединителей, смонтированных на одном щите или рассредоточенных в разных местах. Предпочтительнее, чтобы в такой системе электрические сигналы, получаемые на выходе устройства распознавания разъединителя 1, отправлялись бы, например, на коммуникационную шину, подсоединенную, например, к центральному информационному терминалу, задачей которого является обработка принятых сигналов и отображение состояний всех разъединителей, подключенных к этой шине. Отображение может быть выполнено с помощью светового табло со светодиодами или экрана терминала.
Согласно изобретению, можно детектировать более трех механических состояний при использовании более двух микровыключателей, размещенных соответственным образом.
Разумеется, что позиции магнитного устройства состояния микровыключателей зависят от их направленности, геометрии используемого постоянного магнита или, соответственно, постоянных магнитов или же от способа приведения в движение магнитного устройства. Различные получаемые комбинации, описанные выше, не являются исчерпывающими, и могут быть предусмотрены также иные конфигурации.
Разумеется, не выходя за рамки изобретения, можно представить себе и другие варианты его осуществления или второстепенные усовершенствования, а также предусмотреть использование аналогичных средств.