ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ И ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ НА ДВА НАПРАВЛЕНИЯ С КОМПАКТНОЙ СТРУКТУРОЙ
TWO-WAY SWITCH AND SWITCH WITH COMPACT STRUCTURE

Область техники
Изобретение относится к переключателям и переключателям на два направления со структурной и функциональной конфигурацией согласно изобретению для достижения более компактной структуры.
Более конкретно, но не исключительно, изобретение относится к переключателю на два направления, подходящему для промышленного применения с используемым сильным током, особенно в железнодорожной области.
Предшествующий уровень техники
Как хорошо известно в этой специфической области техники, переключатель - это электрический компонент, который может «замыкать» или «размыкать» электрическую цепь, прерывая ток или перенаправляя его от одного проводника к другому. Механизм переключателя удаляет или восстанавливает токопроводящий путь в цепи, когда он приводится в действие.
Конкретным типом переключателя является разъединитель. Разъединитель используется для того, чтобы гарантировать, что электрическая цепь полностью обесточена для обслуживания или технической поддержки. Такие переключатели часто используют в электрораспределительных системах и для промышленных применений, где для регулировки или ремонта оборудование необходимо отключить от источника управляющей мощности. Высоковольтные разъединители используют в электрических подстанциях, чтобы обеспечить изоляцию оборудования, такого как автоматические выключатели, трансформаторы и линии передачи, для технического обслуживания. Разъединитель обычно не предназначен для нормального управления цепью, а только для безопасного отключения. Разъединители могут управляться как вручную, так и автоматически.
В отличие от выключателей нагрузки и автоматических выключателей, в разъединителях отсутствует механизм подавления электрической дуги, которая возникает, когда проводники, по которым проходят большие токи, электрически прерываются. Таким образом, они являются устройствами без нагрузки, предназначенными для размыкания только после того, как ток был прерван каким-либо другим устройством управления.
В некоторых вариантах применениях известного типа, когда контакт прерывается, также возможно установить соединение с другой электрической цепью, используя другой контакт.
Это случай так называемых «переключающих контактов» или «переключателей на два направления», в которых обеспечивают наличие точного набора из трех электрических контактов, и контакт с одним устройством прерывается, а затем устанавливается с другим. Управление контактами может осуществляться вручную или частью разъединителя с электронным управлением. Разъединитель может состоять более чем из одного набора переключающих контактов.
Набор из трех контактов называется полюсом. Переключающий разъединитель может иметь один или более полюсов. Контакты в полюсе могут состоять из таких материалов, как вольфрам, серебряные сплавы или материалов с гальваническим золочением, которые являются твердыми и устойчивыми к выгоранию и коррозии, или простой меди, если не предполагается наличие электрической дуги.
Переключатели на два направления могут иметь разные конфигурации: ОП или однополюсный переключатель (от англ. «Single Pole switch») - это переключатель, который просто переключает с одного устройства на другое, вместо этого переключатель двойного направления или центральный ОП имеет два положения «Вкл», и одно положение «Выкл.».
Однако переключатели этого типа обычно слишком велики, особенно в тех вариантах применения, где требуется оптимизация пространства для организации как можно большего количества электрических цепей.
Ввиду этого, например, в патентном документе JP2878417B2 описан переключатель на два направления, в котором используется конструкция с двумя параллельно соединенными ведущими переключателями, чтобы они требовали меньше используемого пространства.
Несмотря на несомненные преимущества, обеспечиваемые этой конструкцией, все же существуют недостатки, особенно для нужд более сложной внутренней конструкции и для увеличения размера до другого размера вследствие этой конкретной конструкции.
Техническая проблема, лежащая в основе изобретения, заключается в создании переключателя с более компактной конфигурацией.
Другой задачей изобретения является создание переключателя, который может гарантировать более эффективную работу с точки зрения протекания номинального тока, поддерживая высокий уровень токов короткого замыкания.
Другой задачей изобретения является создание переключателя, который может гарантировать более высокую надежность и длительный срок службы.
Еще одна задача изобретения состоит в создании переключающего устройства, которое не требует сложных производственных затрат.
Наконец, задачей изобретения является создание переключателя, который может гарантировать легкую установку в сложной электрической системе.
Раскрытие изобретения
Идея решения, лежащая в основе изобретения, заключается в создании более компактного механизма, способного обеспечить эффективное прерывание взаимного соединения между по меньшей мере двумя контактами и, в то же самое время, установить соединение с другим контактом, если это необходимо.
Согласно вышеупомянутой идее решения, техническая проблема решается посредством переключателя, содержащего корпус переключателя, подходящий для размещения компонентов переключателя, по меньшей мере два клеммных контакта, выступающих из корпуса переключателя, по меньшей мере один подвижный контакт, способный перемещаться из рабочего положения, в котором подвижный контакт электрически соединен между по меньшей мере двумя клеммными контактами, и положения разъединения, в котором подвижный контакт электрически отсоединен от по меньшей мере двух клеммных контактов. Такой переключатель дополнительно содержит механизм перемещения, содержащий средство с электроприводом, и опорный скользящий элемент для подвижного контакта, приводимый в действие механизмом перемещения и средством с электроприводом, для перемещения подвижного контакта между рабочим положением и положением разъединения; упомянутый подвижный контакт будучи пластинчатым стержнем, проходит в поперечном направлении относительно упомянутого опорного скользящего элемента.
Предпочтительно, корпус переключателя подходит для размещения всех компонентов переключателя.
Подвижный контакт предпочтительно подходит для установления физического и электрического соединения между по меньшей мере двумя клеммными контактами, а также для смещения физического и электрического соединения между по меньшей мере двумя клеммными контактами.
Такая структура гарантирует получение переключателя, позволяющего обеспечить надежное и эффективное электрическое соединение, а также разъединение.
Кроме того, переключатель содержит по меньшей мере одно разъемное захватное средство для каждого положения подвижного контакта для захвата по меньшей мере одного конца упомянутого подвижного контакта.
Создается преимущество, заключающееся в том, что это разъемное захватное средство гарантирует правильное позиционирование и поддержку подвижного контакта для электрического соединения.
В соответствии с конкретным аспектом изобретения, переключатель содержит по меньшей мере два разъемных захватных средства, закрепленных в упомянутом корпусе переключателя, в соответствии с каждым положением, которое должно быть достигнуто подвижным контактом, при этом указанные по меньшей мере два разъемных захватных средства расположены в этих положениях в двух противоположных концах подвижного контакта.
Создается преимущество, заключающееся в том, что благодаря этой конкретной конфигурации, переключатель имеет хорошую структурную балансировку, что также позволяет избежать возможной деформации подвижного контакта и неправильного соединения между компонентами переключателя.
Согласно другому аспекту изобретения, переключатель дополнительно содержит по меньшей мере направляющую систему, проходящую по центру вдоль центральной оси корпуса переключателя, чтобы направлять подвижный контакт между рабочим положением и положением разъединения; упомянутый пластинчатый стержень проходит в поперечном направлении относительно упомянутой направляющей.
Этот особый аспект обеспечивает быстрое и правильное перемещение между рабочим положением и положением разъединения.
Предпочтительно, механизм перемещения представляет собой вращающийся кинематический механизм.
В соответствии с конкретным аспектом изобретения, этот вращающийся кинематический механизм содержит по меньшей мере пару зубчатых колес, приводимых в движение средством с электроприводом, при этом пара зубчатых колес поочередно перемещает по меньшей мере тягу, причем тяга соединена с опорным скользящим элементом подвижного контакта, чтобы перемещать подвижный контакт между рабочим положением и положением разъединения.
Создается преимущество, заключающееся в том, что, такая конфигурация структуры позволяет создавать очень компактную глобальную структуру переключателя, гарантируя в то же время эффективную работу.
В соответствии с конкретным аспектом переключателя на два направления имеется дополнительный третий фиксированный клеммный контакт, в результате чего при разрыве соединения между двумя контактами устанавливается соединение между двумя другими контактами.
Предпочтительно, согласно последнему аспекту, средство с электроприводом перемещает по меньшей мере один подвижный контакт между первым положением, устанавливающим физическое и электрическое соединение между двумя клеммными контактами, и вторым положением, устанавливающим физическое и электрическое соединение между двумя другими клеммными контактами, включая упомянутый третий фиксированный контакт, одновременно смещая физическое и электрическое соединение первого положения.
Это решение является компактным и быстрым для установления различных электрических соединений внутри переключателя.
Согласно дополнительному аспекту, по меньшей мере один клеммный контакт соединен с контактной планкой, которая проходит по периметру корпуса переключателя.
Предпочтительно, подвижный контакт может быть соединен с контактной планкой в другом рабочем положении, по меньшей мере одной соединительной частью.
Согласно другому предпочтительному аспекту, корпус переключателя может модульно соединяться с аналогичными корпусами переключателя. Этот аспект позволяет создать такую единую компактную структуру, подходящую для более сложных операций по электрическому соединению и разъединению.
И наконец, необходимо отметить, что переключатель адаптирован для использования в соответствующей электрической системе, особенно адаптирован, но не исключительно, для вариантов применения с высоким напряжением.
Дополнительные особенности и преимущества переключателя согласно изобретению станут очевидными из последующего описания, приведенного в качестве неограничивающих примеров со ссылками на чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан переключатель, реализованный в соответствии с изобретением, вид в перспективе;
на фиг. 2 - переключатель, показанный на фиг. 1, вид сзади в перспективе;
на фиг. 3 - переключатель, показанный на фиг. 1, в рабочей конфигурации, схематический вид спереди;
на фиг. 4 - переключатель, показанный на фиг. 1, в другой рабочей конфигурации, схематический вид спереди;
на фиг. 5 - переключатель, показанный на фиг. 1, в еще одной рабочей конфигурации, схематический вид спереди.
Варианты осуществления изобретения
Со ссылкой на фигуры чертежей, ссылочным обозначением 1 в целом и схематично показан переключатель на два направления, реализованный в соответствии с изобретением.
Переключатель специально создан для промышленных применений, в которых цепь с высоким постоянным током должна быть соединена и разъединена посредством безопасных и надежных действий.
Переключатель 1 на два направления имеет корпус 2 переключателя, включающий в себя все подвижные части переключателя 1, которые будут раскрыты далее.
В конкретном варианте выполнения, показанном на фиг. 1, будет конкретно раскрыт переключатель на два направления, но тот же самый механизм может быть применен в разъединителе.
В описанном поясняющем варианте выполнения на фиг. 1 корпус переключателя имеет, по существу, форму параллелепипеда с глубиной, намного меньшей, чем два других размера.
Кроме того, в частности, на фиг. 1 показан переключатель 1, в соответствии с изобретением, с удаленной передней поверхностью, чтобы показать элементы, содержащиеся в корпусе 2 переключателя, за исключением двигателя, который не был показан на фигуре, чтобы показать нижележащие элементы.
Корпус 2 переключателя содержит основание 3, подходящее для соединения через пару выемок 4 в более сложную систему, или просто в качестве опоры для переключателя 1.
Переключатель 1 внутренне разделен на две основные части: нижнюю часть 5, находящуюся рядом с основанием 3 и в которой размещен механизм 6 перемещения, и верхнюю часть 7, которая расположена над указанной нижней частью 5 и в которой размещена группа 8 электрических соединений. Эти пространственные ссылки относятся к установке переключателя в вертикальном положении.
Механизм 6 перемещения содержит средство 9 с электроприводом. Средство 9 с электроприводом в предпочтительном варианте осуществления представляет собой электродвигатель. Механизм 6 перемещения предпочтительно представляет собой вращающийся кинематический механизм.
Средство с электроприводом закрыто горизонтальной перегородкой 11 для защиты средства 9 с электроприводом и для разделения нижней части 5 и верхней части 7.
Средство с электроприводом функционально соединено с зубчатой передачей 12, содержащей основное зубчатое колесо 13 и дополнительное зубчатое колесо 14. Зубчатое зацепление происходит в направлении глубины корпуса переключателя.
Вал 15 соединен с плоской поверхностью 16 основного зубчатого колеса 13. В поясняющем варианте выполнения, представленном на фиг. 1, вал имеет трехлепестковую форму для лучшего распределения усилия.
Тяга 17 соединена на одном конце 18 с одним лепестком 19 вала 15. Таким образом, вращение основного зубчатого колеса 13 вызывает вращение вала 15 и, следовательно, поступательное перемещение тяги 17.
Другими словами, вал 15 и тяга 17 представляют собой поршневой механизм шток/коленчатый вал.
Тяга 17 также представляет собой соединение между нижней частью 5 и верхней частью 7.
На противоположном конце 20 тяга 17 имеет U-образное сечение в направлении глубины корпуса 2 переключателя.
Полость противоположного конца 20 U-образной формы дополняет опорный скользящий элемент 21.
Опорный скользящий элемент 21 содержит переднюю пластину 22 и заднюю пластину 23, расположенные параллельно, соединенные поперечно соединительной частью 24 в направлении глубины корпуса переключателя, примерно у среднего размера передней пластины 22 и задней пластины 23. Другими словами, опорный скользящий элемент имеет Н-образную форму в направлении глубины корпуса 2 переключателя.
Передняя пластина 22 имеет прямоугольное сечение с углублением 25 на нижней стороне, обращенной к тяге 17. Углубление 25 вставлено в полость противоположного U-образного конца 20 тяги 17 и предпочтительно зафиксировано поперечным штифтом.
Задняя пластина 23 находится на задней поверхности 26 корпуса 2 переключателя.
Предпочтительно, между задней пластиной 23 и задней поверхностью 26 расположена направляющая 27 вдоль центральной оси корпуса 2 переключателя. В описанном варианте осуществления изобретения направляющая 27 имеет омега-профиль, а задняя пластина 23 имеет соответствующую форму с канавками 28 для скольжения вдоль направляющей 27.
Ничего не препятствует использованию других типов направляющих 27, по которым может скользить опорный скользящий элемент 21.
Подвижный контакт 29 размещен на верхней стороне 30 соединительной части 24 и зафиксирован, например, посредством винта или болта. Подвижный контакт 29 представляет собой пластинчатый стержень или планку, проходящую в поперечном направлении относительно направляющей 27.
Таким образом, скольжение опорного скользящего элемента 21 вызывает поступательное перемещение подвижного контакта 29.
В нижнем положении опорного скользящего контакта 21 и подвижного контакта 29, пара захватных средств 31 имеется как для электрического соединения, так и для захватного действия на противоположном конце пластинчатой планки подвижного контакта 29. Эти захватные средства 31 ориентированы вверх.
И наоборот, в верхнем положении опорного скользящего контакта 21 и подвижного контакта 29, пара противоположных захватных средств 32 имеется на противоположном конце подвижного контакта 29, при этом захватная часть противоположных захватных средств 32, обращенная к захватной части захватного средства 31, ориентирована вниз.
Таким образом, подвижный контакт 29 перемещается посредством опорного скользящего контакта 21 между двумя крайними положениями, при этом он блокируется в заданном положении соответственно посредством захватных средств 31 и противоположных захватных средств 32.
В конкретном варианте выполнения, показанном на фигурах, захватные средства 32 представляют собой особые миниатюрные плоскогубцы, но ничто не препятствует использованию других отличных от этих разъемных средств блокировки без отступления от объема защиты, определенного формулой изобретения.
Ничего не препятствует также использованию только одного захватного средства 32 для каждого положения подвижного контакта 29.
Предпочтительно использовать конфигурацию двух захватных средств 32 для каждого положения подвижного контакта 29, поскольку такая конфигурация гарантирует лучшую структурную балансировку.
На боковой стороне 49 корпуса 2 переключателя имеется отверстие 33.
Клеммный контакт 34 выступает через такое отверстие 33.
Клеммный контакт 34 связан с контактной планкой 35, которая проходит по периферии от отверстия 33 на боковой стороне 49 до верхнего конца 36 противоположной стороны 37 корпуса 2 переключателя.
Имеются два других отверстия 38 и 39, параллельно отверстию 33, в двух крайних положениях подвижного контакта 29.
Два соответствующих клеммных контакта 40 и 41 выступают из отверстий 38 и 39. В разъединителе имеется только клеммный контакт 40, выступающий из отверстия 38.
Два соответствующих соединительных элемента 42 и 43 имеются на противоположной от отверстий 38 и 39 стороне 37, в контакте с контактной планкой 35. Когда подвижный контакт находится в крайних положениях, соединительные элементы 42, 43 позволяют соединять контактную планку 35 с подвижным контактом 29 и с соответствующими клеммными контактами 40 или 41 соответственно.
Другими словами, обеспечиваются две альтернативные конфигурации соединения между клеммным контактом 34 и клеммными контактами 40, 41, соответственно, в зависимости от положения подвижного контакта 29 вдоль контактной планки 35.
В том случае, если клеммный контакт 34 расположен на противоположной стороне по отношению к соответствующему клеммному контакту 41, контактная планка 35 не требуется для правильной работы переключателя 1.
Кроме того, в случае простого разъединителя обеспечивают наличие только одного соединительного элемента 42.
Возможны другие конфигурации без отклонения от объема защиты, определенного в формуле изобретения. Можно обеспечить наличие различных местоположений клеммных контактов 34, 40, 41, например, на противоположных или разных сторонах корпуса 2 переключателя через соответствующие отверстия (33, 38, 39 и отверстие рядом с клеммой 42, не показанные на фигуре) в зависимости от требуемой конфигурации подключения.
Другой важной особенностью переключателя 1 в соответствии с изобретением, показанного на фиг. 2, является наличие электронной платы 44, связанной с задней стороной переключателя 1 за пределами корпуса 2 переключателя.
Наличие этой электронной платы 44 обеспечено для регулирования подачи электропитания к средству 9 с электроприводом. Более конкретно, в показанном, но не ограничивающем варианте выполнения электронная плата 44 структурирована так, чтобы подавать правильные значения напряжения и тока на катушку в течение предварительно определенного запланированного времени.
Эти правильные значения напряжения и тока выдаются независимо от возможных отклонений подачи управляющего напряжения и в диапазоне рабочих температур от -40°C до+75°C.
Эксплуатационные условия высокой надежности электронной платы 44 гарантируются наличием теплоотводящих элементов и средств рекуперации цепи, установленных на электронной плате 44.
Кроме того, плата 44 управления выполнена с надлежащим уровнем устойчивости к излучаемым и кондуктивным помехам, в соответствии с более жесткими железнодорожными требованиями.
Обеспечивают дополнительное удельное объемное сопротивление изоляции в направлении земли минимум на 1500 В (при частоте 50 Гц и для 60 с).
Электронная плата 44 установлена на предварительно определенном небольшом расстоянии от корпуса 2 переключателя. В этом отношении на задней поверхности корпуса 2 переключателя имеются опорные стойки 45.
Эти опорные стойки 45 выполнены как единое целое в структуре корпуса 2 переключателя и имеют цилиндрическую форму с открытым концом для размещения и вставления фиксирующего винта 46.
На электронной плате 44 выполнено защитное покрытие 47 с отверстиями для прохождения фиксирующего винта 46. Это защитное покрытие 47 предпочтительно имеет квадратную форму с краями круглой формы.
Внешнее электронное соединение 48 обеспечивается электронной платой, проходящей через специальное отверстие в защитном покрытии 47.
Далее будет описана работа переключателя в соответствии с изобретением, в частности, обращая внимание на фиг. 3-5, которые показывают три фазы во время перемещения механизма 6 перемещения.
Приведение в действие средства 9 с электроприводом приводит во вращение зубчатую передачу 12. Вращение основного зубчатого колеса 13 вызывает вращение вала 15, соединенного с плоской поверхностью основного зубчатого колеса 13. Вращение вала 15 вызывает поступательное перемещение тяги 17, один конец которой соединен с одним концом вала 15. Поступательное перемещение тяги 17 вызывает тянущее или толкающее действие на опорный скользящий элемент 21 и, следовательно, на подвижный контакт 29. В крайних положениях опорный скользящий элемент 21 и подвижный контакт 29 обеспечиваются наличием по меньшей мере одного, предпочтительно двух, захватных средств 32 для удерживания в заданном положении подвижного контакта 21. В каждом крайнем положении подвижного контакта 29 один клеммный контакт 40, 41 выступает за пределы корпуса 2 переключателя. Подвижный контакт 29 создает электрический путь с такими клеммными контактами 40 или 41, соединительным элементом 42 или 43 на противоположной стороне корпуса 2 переключателя, контактной планкой 35, находящейся в контакте с таким соединительным элементом и проходящей по периферии к клеммному контакту 34, который в варианте осуществления находится на той же самой стороне, что и клеммные контакты 40, 41.
Таким образом, можно переключаться между двумя возможными электрическими путями посредством перемещения подвижного контакта 29, функционально соединенного с механизмом 6 перемещения.
В нормальном разъединителе обеспечивают наличие только двух клеммных контактов 34, 40, в результате чего вращение зубчатой передачи 12 и вала 15, и, как последующее поступательное перемещение тяги 17 и опорного скользящего элемента 21, просто вызывает перемещение подвижного контакта 29 между рабочим положением с электрическим соединением между клеммными контактами 34, 40 и положением разъединения.
Создается преимущество, заключающееся в том, что переключатель 1 имеет компактную конструкцию, гарантируемую конкретной конфигурацией механизма 6 перемещения, который использует зубчатую передачу 12 и механизмом типа поршневой шток/коленчатый вал.
Более того, создается преимущество, заключающееся в том, что решение согласно изобретению может быть успешно применено как к разъединителю, в котором механизм 6 перемещения разъединяет физическое и электрическое соединение между двумя клеммными контактами, так и к переключателю на два направления, в котором физическое и электрическое разъединение между двумя клеммными контактами соответствует установлению физического и электрического соединения между двумя другими клеммными контактами.
Дополнительное преимущество заключается в том, что структура переключателя 1 позволяет последовательно соединять его с общим основанием, чтобы получить более крупный и более сложный переключатель с компактной структурой.
Другое преимущество связано с тем фактом, что сам механизм 6 перемещения имеет простую конфигурацию и обеспечивает простое управление, поэтому он редко подвержен серьезным неисправностям и их можно легко исправить. Благодаря этому, переключатель обеспечивает более высокую надежность, быстрое и дешевое обслуживание.
Другое преимущество связано с различной возможной конфигурацией клеммных контактов, которые могут выступать с разных сторон корпуса переключателя с минимальными отклонениями, что позволяет монтировать переключатель 1 в разных электрических цепях в различных компоновках.
Таким образом, изобретение подходит для большинства применений, в которых требуется переключение с большим током.
Еще одно преимущество изобретения состоит в том, что его может просто использовать любой оператор отрасли, при этом не требуется каких-либо специальных знаний, а его использование основывается только на требованиях к соединениям, в отношении которых можно использовать визуальный контроль.
Другое преимущество изобретения состоит в том, что оно не требует особого изготовления, что важно для компонента, явно предназначенного для массового производства.
Еще одно преимущество состоит в том, что разъединитель согласно изобретению может использоваться также в применениях с высоковольтным переменным током.
Наконец, переключатель 1 может быть реализован в более сложной электрической системе.
В предыдущих строках понятия направления, такие как: «вперед», «назад», «спереди», «сзади», «вверх», «вниз», «выше», «ниже», «в направлении вверх», «в направлении вниз», «верхняя часть», «нижняя часть», «боковая сторона», «вертикальный», «горизонтальный», «перпендикулярный» и «поперечный», а также любые другие аналогичные понятия направления относятся только к устройству, показанному на чертежах, и не относятся к возможному использованию того же устройства. Соответственно, эти понятия направления, используемые для описания замыкателя в его направленном вверх вертикальном положении на горизонтальной поверхности, имеют только значение для идентификации части устройства по отношению к другой части, как показано на фигурах.
Понятие «содержащий» и его производные, используемые в данном документе, предназначены для использования в качестве неограниченных понятий, которые определяют наличие установленных особенностей, элементов, компонентов, групп, целых чисел и/или этапов, но не исключают присутствие других неустановленных особенностей, элементов, компонентов, групп, целых чисел и/или этапов. Это понятие также применимо к словам со схожим значением, например, к понятиям «иметь», «включать в себя» и их производным.
Более того, понятия «компонент», «секция», «участок», «часть» и «элемент» при использовании в единственном числе могут иметь двойное значение одной части или множества частей.