ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится к области электротехники, а именно к электромеханическим переключающим устройствам для обеспечения бесперебойного электропитания потребителей, включающим корпус, в котором расположен электродвигатель, соединённый с управляющим контроллером и средством переключения между первым и вторым вводами, причем управляющий контроллер соединен с аккумулятором и зарядным устройством и может быть использовано для обеспечения бесперебойного электропитания жилых и производственных помещений.
В данной работе используются термины «левый» и «правый» – показывают условные направления, которые используются исключительно для упрощения описания предлагаемого устройства.
Качественное напряжение - соответствие параметров электрической энергии их установленным значениям.
Уровень техники
При обеспечении бесперебойного электропитания потребителей задача решается тем, что используют основную сеть подачи электроэнергии, имеющую свой выключатель и резервную, которая также имеет свой выключатель. При наличии необходимого напряжения в основной сети, выключатель основной сети включен, а резервной выключен. Потребитель получает электроэнергию от основной сети.  (Здесь и далее используется понятие первый ввод, под которым подразумевается преимущественно основной ввод.) При падении напряжения в основной сети или при отсутствии напряжения вообще, потребитель автоматически переключается на резервную. (Здесь и далее используется также понятие второй ввод, под которым подразумевается преимущественно резервный ввод.) Но термины основной и резервный – условные  и могут меняться местами, например, если они равнозначны и при переключении питания с одного ввода на другой, второй и становится основным.
Вот устройство для автоматического переключения такого питания, которое выключает один выключатель и включает второй и является объектом настоящей полезной модели, именно в том варианте, когда оно выполнено электромеханическим, то есть привод осуществляется от электродвигателя.
Известно из уровня техники электромеханическое переключающее устройство для обеспечения бесперебойного электропитания потребителей, включающее корпус, в котором расположен электродвигатель, соединённый с управляющим контроллером и средством переключения между первым и вторым вводами, см.  патент на полезную модель РФ №42709, опубликован 10.12.2004.
Недостатком данного устройства является невозможность автономной работы электромеханического устройства, так как оно запитывается от одной из сетей, основной и резервной. В случае пропадания напряжения на обоих вводах (основном и резервном), электромеханическое устройство для обеспечения бесперебойного электропитания с питанием напрямую от этих вводов остается во включенном положении, так как отсутствует питание для его выключения.  Это может быть когда, например, в основной сети отсутствует напряжение, при этом в резервной сети напряжение еще не появилось, что актуально в случае, когда в качестве резервного ввода используется электрогенератор, так как ему нужно время на запуск и прогрев. Потребители останутся подключенными к основной сети, пока не запустится электрогенератор и даст напряжение моторизованному приводу на его переключение. При этом в случае появления скачков напряжения в этот момент на основном вводе, эти колебания амплитуды напряжения попадут в сеть потребителя, что может вывести электроприборы потребителя из строя.
Задача обеспечения автономного питания электродвигателя решается в другом уровне техники. Так известно из уровня техники электромеханическое переключающее устройство для обеспечения бесперебойного электропитания потребителей, включающее корпус, в котором расположен электродвигатель, соединённый с управляющим контроллером и средством переключения между первым и вторым вводами, причем управляющий контроллер соединен с аккумулятором и зарядным устройством, см. патент на изобретение РФ №2461108, опубликован 10.09.2012.
Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели и взято за прототип к предлагаемой полезной модели.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности ручного переключения между вводами. Это связано с тем, что электродвигатель жестко связан с галетным переключателем и в случае выхода самого  электромеханического переключающего устройства из строя невозможно в ручном режиме осуществить переключение между первым и вторым вводами. Действительно, в конструкции прототипа используется электродвигатель с червячным редуктором, жестко соединенный с валом переключателя, именно поэтому ручное переключение (например, в случае выхода управляющей платы из строя, или разряда аккумуляторной батареи) невозможно, так как червячный редуктор не даст этого сделать. Кроме того, нет защиты от короткого замыкания и перегрузки.
Раскрытие полезной модели
Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящая полезная модель, главным образом, имеет целью предложить электромеханическое переключающее устройство для обеспечения бесперебойного электропитания потребителей, позволяющее как минимум сгладить, указанный выше недостаток, а именно обеспечить возможность повышения надежности работы за счет возможности ручного переключения, дополнительной защиты от короткого замыкания и перегрузки, что и является поставленной технической задачей настоящей полезной модели, решающую проблему повышения стабильности и безопасности бесперебойного питания.
Для достижения этой цели средство переключения между первым и вторым вводами выполнено в виде подвижной рамки, имеющей отверстия под автоматические  включатели первого и второго вводов, и пластину механической блокировки, препятствующей одновременному включению двух автоматических выключателей и расположенной между отверстиями под автоматические  включатели первого и второго вводов, причем подвижная рамка имеет соединенный с управляющим контроллером датчик положения подвижной рамки.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность производить поочередное включение и выключение автоматических выключателей, обеспечивая возможность дальнейшего ручного переключения между основной сетью и резервной и обратно, а также исключая одновременное подведение питания и возникновение встречного тока. Это становится возможным за счет механической блокировки одновременного включения, а также за счет отслеживания положения подвижной рамки и приведением ее после каждого акта переключения в среднее положение.
Существует возможный вариант исполнения полезной модели, в котором датчик положения подвижной рамки имеет концевой включатель крайнего левого положения подвижной рамки.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность выключения электродвигателя при достижении подвижной рамки крайнего левого положения.
Существует вариант исполнения полезной модели, в котором датчик положения подвижной рамки имеет концевой включатель крайнего правого  положения подвижной рамки.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность выключения электродвигателя при достижении подвижной рамки крайнего правого положения.
Существует и такой вариант исполнения полезной модели, в котором датчик положения подвижной рамки имеет щелевой оптический датчик среднего положения подвижной рамки.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность автоматического приведения подвижной рамки в среднее положение, в котором возможен режим ручного переключения основного и резервного автоматических выключателей.
Существует также вариант исполнения полезной модели, в котором подвижная рамка имеет соединение с электродвигателем посредством передачи винт-гайка, выполненной с возможностью обеспечения поступательного движения подвижной рамки.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность преобразования вращательного движения вала электродвигателя в поступательное движение подвижной рамки в обоих направлениях.
Существует кроме вышеперечисленных вариант исполнения полезной модели, в котором управляющий контроллер имеет микроконтроллер, выполненный с возможностью контролирования напряжения и частоты двух вводов и в случае некачественного напряжения первого ввода или его отсутствия отключения потребителей от первого ввода и переключения потребителей на второй ввод, а при некачественном напряжении второго ввода полного отключения потребителей от двух вводов с последующим включением, в случае появления качественного напряжения на одном из вводов.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность:
-  отключения потребителей от первого ввода и переключения потребителей на второй ввод в случае некачественного напряжения первого ввода или его отсутствия, а также
- полного отключения потребителей от двух вводов при некачественном напряжении второго ввода,
- последующего включения в случае появления качественного напряжения на одном из вводов.
Существует наконец и такой вариант исполнения полезной модели, в котором управляющий контроллер выполнен с возможностью контролирования напряжения на потребителях и определения случаев, когда в связи с перегрузкой или коротким замыканием срабатывает и выключается автоматический выключатель в составе средства переключения, при этом напряжение на вводе присутствует, а на потребителях - нет, что сигнализирует управляющему контроллеру о срабатывании автоматического выключателя, после чего управляющий контроллер осуществляет попытку повторного включения автоматического выключателя посредством подвижной рамки, а в случае неудачи включения - активирования аварийного режима.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность повторного включения автоматического выключателя посредством подвижной рамки, а в случае неудачи включения - активирования аварийного режима в ситуации, когда в связи с перегрузкой или коротким замыканием срабатывает и выключается автоматический выключатель в составе средства переключения, при этом напряжение на вводе присутствует, а на потребителях - нет, что сигнализирует управляющему контроллеру о срабатывании автоматического выключателя.
Совокупность существенных признаков предлагаемой полезной модели неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для полезной модели.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки и преимущества полезной модели ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющиеся ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:
- фигура 1 схематично изображает функциональную схему электромеханического переключающего устройства для обеспечения бесперебойного электропитания потребителей, согласно полезной модели,
- фигура 2 схематично изображает внешний вид электромеханического переключающего устройства для обеспечения бесперебойного электропитания потребителей, согласно полезной модели,
- фигуры 3А-3Ж изображает этапы работы электромеханического переключающего устройства для обеспечения бесперебойного электропитания потребителей, согласно полезной модели.
Согласно фигурам 1-2 электромеханическое переключающее устройство для обеспечения бесперебойного электропитания потребителей включает корпус 1, в котором расположен электродвигатель 2, соединённый с управляющим контроллером 3 и средством переключения между первым и вторым вводами. Указанные вводы соединяются с потребителем с помощью автоматических выключателей  4 и 5, которые не являются объектами полезной модели.
Средство переключения между первым и вторым вводами выполнено в виде подвижной рамки 6, имеющей отверстия 7 под автоматические  включатели первого и второго вводов 4 и 5, и пластину 61 механической блокировки, препятствующей одновременному включению двух автоматических выключателей и расположенной между отверстиями 7 под автоматические  выключатели первого и второго вводов 4 и 5, причем подвижная рамка 6 имеет соединенный с управляющим контроллером 3 датчик положения 8 подвижной рамки.
Управляющий контроллер 3 соединен с аккумулятором 9 и зарядным устройством 10.
Датчик положения 8  подвижной рамки имеет концевой включатель 81 крайнего левого положения подвижной рамки.
Датчик положения 8 подвижной рамки имеет концевой включатель 82 крайнего правого  положения подвижной рамки.
Датчик положения 8 подвижной рамки имеет щелевой оптический датчик 83 среднего положения подвижной рамки.
Подвижная рамка 6 имеет соединение с электродвигателем посредством передачи винт-гайка 21, выполненной с возможностью обеспечения поступательного движения подвижной рамки 6.
Управляющий контроллер 3 имеет микроконтроллер 31, выполненный с возможностью контролирования напряжения и частоты двух вводов и в случае некачественного напряжения первого ввода или его отсутствия осуществляет отключение потребителей от первого ввода и переключение потребителей на второй ввод, а при некачественном напряжении второго ввода осуществляет полное отключение потребителей от двух вводов с последующим включением, в случае появления качественного напряжения на одном из вводов.
Управляющий контроллер 3 выполнен с возможностью контролирования напряжения на потребителях и определения случаев, когда в связи с перегрузкой или коротким замыканием срабатывает и выключается автоматический выключатель в составе средства переключения, при этом напряжение на вводе присутствует, а на потребителях - нет, что сигнализирует управляющему контроллеру о срабатывании автоматического выключателя, после чего управляющий контроллер осуществляет попытку повторного включения автоматического выключателя посредством подвижной рамки, а в случае неудачи включения - активирования аварийного режима
Устройство крепится к стенке электротехнического щита 11.
Основной 4 и резервный 5 автоматические выключатели электропитания обычно располагаются в электрическом шкафу, рядом друг с другом и повернутыми на 180 градусов таким образом, чтобы оси рукояток управления были параллельны друг другу и рукоятки управления автоматических выключателей могли приводиться в движение одной подвижной рамкой.
Устройство реализует функцию механической блокировки – служит для защиты от одновременного включения основного и резервного автоматических выключателей.
Передача винт-гайка  21 и электродвигатель 2 – обеспечивают линейные перемещения подвижной рамки 6 влево-вправо, показано широкой стрелкой.
Концевой включатель 81 крайнего левого положения рамки служит для подачи команды контроллеру 3 сигнала о крайнем левом положении подвижной рамки
Концевой включатель 82 крайнего правого положения рамки служит для подачи команды контроллеру 3 сигнала о крайнем правом положении подвижной рамки
Щелевой оптический датчик 83 среднего положения рамки служит для подачи команды контроллеру 3 сигнала о среднем положении подвижной рамки
Аккумулятор 9 (аккумуляторная батарея) предназначен для питания контроллера и перемещения подвижной рамки, в момент когда одновременно отсутствуют напряжение на основном и резервном вводах.
Зарядный модуль 10 предназначен для подзарядки аккумулятора 9 при наличии напряжения на потребителях.
На фигуре 2 показана область 12 расположения электрических компонентов устройства, которые располагаются неподвижно.
В целом устройство предназначено для использования с автоматическими выключателями 4 и 5, в состав которых могут входить как однополюсные, так двух-, трех- и четырехполюсные автоматические выключатели различных номиналов по току и различных производителей.
При этом предполагается, что автоматические выключатели расположены противоположно и развернуты на 180 градусов относительно друг друга.
Осуществление полезной модели
Электромеханическое переключающее устройство для обеспечения бесперебойного электропитания потребителей используют следующим образом. (Приводятся примеры, не ограничивающие функционирования полезной модели.)
Здесь «лево» и «право» приведено для примера, в соответствии с рисунком, при этом они не ограничивают полезной модели, используются с положением как оно отображено в соответствии с фигурами 1-3.
Питание потребителей от основного ввода.
При появлении напряжения на первом вводе контроллер определяет качество напряжения. Если напряжение по каждой из фаз и частота напряжения соответствует норме, то контроллер производит включение автоматического выключателя 4. (Исходное положение как на фиг. 3А, соответствующее положению, когда оба автоматических выключателя 4 и 5 выключены.)
Для этого он подает напряжение прямой полярности с аккумулятора 9 на электродвигатель 2 через встроенные реле (на фигурах не показано), при этом подвижная рамка 6 начинает перемещение вправо, взводя тем самым автоматический выключатель 4. См. Фиг. 3Б.
По достижении крайнего правого положения рамки (полного взвода автоматического выключателя 4) управляющий контроллер 3 подает напряжение обратной полярности с аккумулятора на электродвигатель 2. При этом подвижная рамка 6 начинает перемещаться влево.
При достижении среднего положения подвижной рамки 6 (См. фиг. 3В.) срабатывает щелевой оптический датчик 83, подавая команду управляющему контроллеру 3 о среднем положении рамки.
Управляющий контроллер 3 снимает питание с электродвигателя 2, подвижная рамка 6 останавливается. Среднее положение подвижной рамки 6 нужно для того, чтобы была возможность ручного взвода автоматического выключателя 4 и автоматического выключателя 5.
После взведения (переведение в положение включено) автоматического выключателя 4 управляющий контроллер 3 следит за появлением напряжения на потребителях и включением зарядного модуля 10, так как он питается напряжением с потребителей.
В случае если напряжение на потребителях отсутствует, что может быть вызвано срабатыванием автоматического выключателя 4 при перегрузке или коротком замыкании, управляющий контроллер 3 пытается повторно взвести автоматический выключатель 4. Если по истечении трех попыток этого сделать не удалось, управляющий контроллер 3 уходит в аварийный режим, сигнализируя о неисправности.
Некачественное питание потребителей от основного ввода.
В случае если напряжения по фазам и частота не соответствует норме, либо напряжение основного ввода полностью отсутствует, управляющий контроллер 3 производит отключение потребителей от первого ввода 4, защищая тем самым потребителя от «некачественного» напряжения, «некачественной» частоты и возможных скачков напряжения. Для этого управляющий контроллер 3 дает команду на перемещение подвижной рамки 6 влево, подавая напряжение обратной полярности с аккумулятора 9 на электродвигатель 2. См. фиг. 3Г.
При этом начинается взведение автоматического выключателя 5. Но перед этим происходит воздействие пластиной механической блокировки на автоматический выключатель 4, который выключается. См. Фиг. 3Д. Не дождавшись полного взведения автоматического выключателя 5, подвижная рамка 6 возвращается в среднее положение. Таким образом производится выключение автоматического выключателя 4.
Автономная работа от аккумулятора 9 дает возможность полного отключения потребителей от основного ввода при отсутствии напряжения на резервном  вводе, что актуально, когда в качестве резервного ввода  используется электрогенератор, т.к. ему необходимо время на запуск и прогрев.
Питание потребителей от резервного ввода.
При отсутствии напряжения на первом вводе и появлении напряжения на втором вводе управляющий контроллер 3 определяет качество напряжения второго  ввода. Если напряжение по каждой из фаз и частота напряжения соответствует норме, то управляющий контроллер 3 производит включение автоматического выключателя 5. Для этого он подает напряжение обратной полярности с аккумулятора 9 на электродвигатель 2 через встроенные реле (на фигурах не показано), при этом подвижная рамка 6 начинает перемещение влево, см. фиг. 3Е, взводя тем самым автоматический выключатель 5.
По достижении крайнего левого положения подвижной рамки 6 (полного взвода автоматического выключателя 5), управляющий контроллер 3 подает напряжение прямой полярности с аккумулятора 9 на электродвигатель 2. При этом подвижная рамка 6 начинает перемещаться вправо, возвращаясь в среднее положение. См. фиг. 3Ж.
При достижении среднего положения подвижной рамки 6 срабатывает щелевой оптический датчик 83, подавая команду управляющему контроллеру 3 о среднем положении подвижной рамки 6. Управляющий контроллер 3 снимает питание с электродвигателя 2, подвижная рамка 6 останавливается.
Среднее положение подвижной рамки 6 нужно для того, чтобы была возможность ручного взвода автоматического выключателя 4 и автоматического выключателя 5.
После взведения автоматического выключателя 5 управляющий контроллер 3 следит за появлением напряжения на потребителях и включением зарядного модуля 10, так как он питается напряжением с потребителей. В случае если напряжение на потребителях отсутствует, что может быть вызвано срабатыванием автоматического выключателя 5 при перегрузке или коротком замыкании, контроллер 3 пытается повторно взвести автоматический выключатель 5. Если по истечении трех попыток этого сделать не удалось, управляющий контроллер 3 уходит в аварийный режим, сигнализируя о неисправности.
Переключение потребителей с резервного ввода на основной ввод.
При появлении напряжения на первом вводе и проверке качества напряжения и частоты первого ввода, управляющий контроллер 3 переключает потребителя на питание от первого ввода.
Для этого он подает напряжение прямой полярности на электродвигатель 2. При этом подвижная рамка  6 начинает перемещаться вправо.
Начинается взведение автоматического выключателя 4. Он воздействует на механическую блокировку 61, которая воздействуя на автоматический выключатель 5 производит его выключение. После срабатывания концевого выключателя 82 крайнего правого положения подвижной рамки 6 (полного взведения автоматического выключателя 4), управляющий контроллер 3 подает  напряжение обратной полярности на электродвигатель 2, перемещая подвижную рамку 6 влево.
После срабатывания датчика 83 среднего положения подвижной рамки, контроллер 3  останавливает перемещение подвижной рамки 6.
Приведенные варианты осуществления полезной модели являются примерными и просто иллюстрируют возможное использование полезной модели.
Промышленная применимость
Электромеханическое устройство для обеспечения бесперебойного электропитания может быть осуществлено специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения. Возможность осуществления на практике следует из того, что для каждого признака, включённого в формулу полезной модели на основании описания, известен материальный эквивалент, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для полезной модели и критерию «полнота раскрытия» для полезной модели.
В соответствии с предложенным решением заявителем был изготовлен опытный образец электромеханического устройства для обеспечения бесперебойного электропитания.
Силовым коммутатором были автоматические выключатели (заводские серии ВА47-29),  включение-выключение которых осуществляет предлагаемая полезная модель.  Испытания опытного образца показали, что становится возможным:
- автономное питание электродвигателя 2 от аккумулятора 9,
- привод подвижной рамки 6 в обе стороны,
- включение и выключение каждого из выключателей 4 и 5, с обеспечением невозможности одновременного нахождения их во включенном положении,
- зарядка аккумулятора 2.
Кроме того:
- включение-выключение автоматических выключателей 4 и 5 осуществляется подвижной рамкой 6, поступательное движение, которой создается электродвигателем и передачей винт-гайка, при этом выключение автоматического выключателя осуществляется неполным включением противоположного автоматического выключателя, благодаря тому что, рукоятка управления автоматического выключателя в момент включения воздействует на пластину механической блокировки 61, которая воздействует на рукоятку управления выключаемого автоматического выключателя, что приводит к его выключению;
- имеется возможность ручного переключения, благодаря тому, что среднее положение подвижной рамки не препятствует ручному включению-выключению автоматических выключателей в составе средства переключения, при этом пластина механической блокировки препятствует одновременному включению двух автоматических выключателей как в ручном, так и автоматическом режиме;
- управляющий контроллер, в состав которого входит микроконтроллер, контролирует напряжение и частоту двух вводов и в случае некачественного напряжения первого ввода или его отсутствия осуществляет отключение потребителей от первого ввода и переключает потребителей на второй ввод, при этом в случае некачественного напряжения второго ввода производится полное отключение потребителей от двух вводов с последующим включением в случае появления качественного напряжения на одном из вводов;
- управляющий контроллер контролирует напряжение на потребителях, что позволяет определять случаи, когда в связи с перегрузкой или коротким замыканием срабатывает и выключается автоматический выключатель в составе средства переключения, при этом напряжение на вводе присутствует, а на потребителях - нет, что сигнализирует управляющему контроллеру о срабатывании автоматического выключателя, после чего управляющий контроллер осуществляет попытку повторного включения автоматического выключателя посредством подвижной рамки, в случае неудачи контроллер уходит в аварийный режим;
- питание устройства осуществляется от аккумулятора, что позволяет отключить потребители от обоих вводов, в случае отсутствия напряжения либо присутствия некачественного напряжения на обоих вводах с целью недопущения попадания некачественного напряжения на потребители.
Все  это, в конечном счете, обеспечивает выполнение достигаемого технического результата – повышение надежности работы за счет возможности ручного переключения, дополнительной защиты от короткого замыкания и перегрузки.
Дополнительным преимуществом предлагаемой полезной модели является:
- низкое потребление электроэнергии, так как. электродвигатель работает кратковременно, пока не взведет автоматический выключатель;
- возможность ручного управления (байпас);
- совмещение в моторизованном приводе защиты от короткого замыкания (т.к. в составе используются серийные автоматические выключатели) и электропривода автоматических выключателей 4 и 5;
- независимость от качества вводного напряжения сети по основному вводу и по резервному вводу, так как питание устройства осуществляется от аккумулятора 12 вольт, подзарядка аккумулятора происходит от сетевого напряжения на потребителях импульсным источником питания с диапазоном допустимого входного напряжения (70-300 вольт переменного тока);
-  устройство можно устанавливать как на новые электрически резервные вводы так и на уже функционирующие, например,  с ручным управлением.
Дополнительный достигаемый технический результат – снижение потребляемой электроэнергии и выделяемого тепла.