БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЕ ДВУНАПРАВЛЕННОЕ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО С ТРЕМЯ СОСТОЯНИЯМИ
FAST-ACTING BI-DIRECTIONAL SWITCHING DEVICE WITH THREE STATES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к системам автоматического ввода резерва (АВР) и, в частности, к быстродействующему двунаправленному переключающему устройству с тремя состояниями.
Уровень техники
Вместе с растущей зависимостью от электронных устройств в различных отраслях промышленности предъявляются все более высокие требования к обеспечению надежности энергоснабжения. Два источника питания используются в различных областях применения для обеспечения надежности энергоснабжения с использованием АВР, которые способны осуществлять надежное переключение между двумя источниками питания. На сегодняшний день обычное коммутационное оборудование для переключения между двумя источниками питания главным образом содержит два автомата защиты, электропривод и контроллер, при этом два автомата защиты соответственно подключены к двум источникам питания. Когда происходит отказ одного источника питания и возникает необходимость в переключении на другой источник питания, двигатель приводит в действие электропривод. Электропривод приводится в действие двигателем под управлением контроллера с целью включения автомата защиты на исправном источнике питания и отключения автомата защиты на отказавшем источнике питания и, следовательно, переключения нагрузочной цепи с отказавшего источника питания на исправный источник питания. Данные АВР известного уровня техники имеют несколько недостатков:
Во-первых, время переключения этих АВР относительно большое. Время переключения обычного АВР составляет до десяти секунд, и в настоящее время самый быстрый АВР с временем переключения в две секунды относительно дорог. Для некоторых высокоточных приборов и в некоторых местах, где должно осуществляться стабильное электроснабжение, время восстановления питания после отказа должно находиться в пределах нескольких десятых миллисекунд, по истечении которых питание должно подаваться снова.
Во-вторых, размеры этих АВР относительно велики. Из-за того, что АВР включает в себя два автомата защиты, размеры АВР позволяют установку в шкаф распределения питания только одного АВР.
Сущность изобретения
Для устранения недостатков АВР известного уровня техники настоящее изобретение предлагает быстродействующее двунаправленное переключающее устройство с тремя состояниями, которое характеризуется малым временем переключения, небольшими размерами и надежным контактом.
Быстродействующее двунаправленное переключающее устройство с тремя состояниями имеет три состояния переключения: переднее, заднее и нейтральное положения соединения. Устройство может включать в себя корпус; подвижный электрод, перемещаемый в поперечном направлении внутри упомянутого корпуса для переключения между передним, задним и нейтральным положениями; главные контакты, располагающиеся на переднем и заднем концах упомянутого подвижного электрода; неподвижные контакты, располагающиеся на передней и задней сторонах упомянутого корпуса и соответствующие упомянутым главным контактам; клеммы, каждая из которых подключена к одному из упомянутых неподвижных контактов и источнику питания; оттяжные пружины электрода, располагающиеся на упомянутых передней и задней сторонах упомянутого корпуса, при этом упомянутый подвижный электрод сжимает упомянутые оттяжные пружины электрода во время поперечного движения; передний управляющий соленоид и задний управляющий соленоид, располагающиеся вверху и соединенные с упомянутым подвижным электродом для перемещения упомянутого электрода с целью переключения; и блокирующий механизм для блокировки положения упомянутого подвижного электрода.
Устройство может дополнительно включать в себя поперечный направляющий элемент, который соединен муфтой с упомянутым подвижным электродом и имеет опорный выступ посередине него для сжатия упомянутых оттяжных пружин электрода во время перемещения вперед и назад.
Устройство может дополнительно включать в себя контактные пружины электрода, которые соединены муфтами с упомянутым подвижным электродом, и упор, предусмотренный на поперечной направляющей детали для ограничения положений упомянутых контактных пружин электрода.
Устройство может дополнительно включать в себя размыкающий соленоид, располагающийся сверху упомянутого корпуса и используемый для возврата подвижного электрода в упомянутое нейтральное положение из упомянутого переднего или заднего положения. Упомянутые передний и задний управляющие соленоиды располагаются в верхней части упомянутого корпуса и имеют соответствующие направляющие отверстия, расположенные напротив друг друга; упомянутый размыкающий соленоид имеет направляющее отверстие, направленное книзу. Приводной блокирующий механизм содержит вал управляющего соленоида, который может перемещаться вперед и назад в направляющих отверстиях упомянутых переднего и заднего управляющих соленоидов, и вал размыкающего соленоида, который может перемещаться вверх и вниз в направляющем отверстии упомянутого размыкающего соленоида; упомянутый вал управляющего соленоида соединен с опорным выступом посредством тяги и имеет клиновидную канавку на каждом из концов в его верхней части. Вал размыкающего соленоида имеет поперечную соединительную деталь в его нижней части и клиновидные зубья, расположенные в нижней части упомянутой поперечной соединительной детали, входящие в зацепление или выходящие из зацепления с упомянутыми клиновидными канавками на обоих концах упомянутого вала управляющего соленоида.
Устройство может дополнительно включать в себя пружину размыкающего соленоида, которая соединена муфтой с упомянутым валом размыкающего соленоида и удерживается между упомянутой поперечной соединительной деталью и упомянутым направляющим отверстием упомянутого размыкающего соленоида.
Предпочтительно, чтобы подвижный электрод был электрически соединен с нагрузочным концом посредством провода.
Когда импульсный ток подается на передний управляющий соленоид или задний управляющий соленоид и размыкающий соленоид, подвижный электрод перемещается в двух направлениях таким образом, чтобы выполнить операцию переключения в переднее/заднее/нейтральное положения соединения. В процессе переключения устройства скорость перемещения подвижного электрода увеличивается за счет пружин. Когда подвижный электрод завершает переключающее действие, клиновидные канавки и вал размыкающего соленоида прочно скреплены друг с другом для обеспечения достаточного давления между главными и неподвижными контактами и гарантирования надежного соединения. Кроме того, после того, как подвижный электрод заблокирован, импульсный ток больше не требуется для удержания подвижного электрода в его текущем положении/состоянии, таким образом, что быстродействующее двунаправленное переключающее устройство с тремя состояниями также является эффективным с точки зрения экономии энергии. По сравнению с традиционным АВР, оснащенным двумя автоматами защиты, быстродействующее двунаправленное переключающее устройство с тремя состояниями согласно настоящему изобретению имеет простую конструкцию, просто в эксплуатации, является компактным и пригодно для массового внедрения.
Краткое описание чертежей
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на позиции, обозначенные на чертежах, где:
Фиг. 1 - схематичный вид быстродействующего двунаправленного переключающего устройства с тремя состояниями согласно настоящему изобретению в нейтральном состоянии соединения;
Фиг. 2 - схематичный вид быстродействующего двунаправленного переключающего устройства с тремя состояниями в сдвинутом вперед состоянии;
Фиг. 3 - схематичный вид быстродействующего двунаправленного переключающего устройства с тремя состояниями в сдвинутом назад состоянии.
Описание позиций на чертеже:
1 корпус,
2 подвижный электрод,
3 поперечный направляющий элемент,
4 главный контакт,
5 неподвижный контакт,
6 клемма,
7 нагрузочный конец,
8 оттяжные пружины электрода,
9 опорный выступ,
10 вал размыкающего соленоида,
11 поперечная соединительная деталь,
12 тяга,
13 передний управляющий соленоид,
14 задний управляющий соленоид,
15 размыкающий соленоид,
16 пружина размыкающего соленоида,
17 пружина электрода,
18 вал управляющего соленоида,
19 клиновидная канавка,
20 клиновидный зуб.
Подробное описание вариантов осуществления
На основании фиг. 1-3 быстродействующее двунаправленное переключающее устройство с тремя состояниями согласно настоящему изобретению может работать в трех состояниях переключения, в частности в заднем, переднем и нейтральном положениях соединения. Устройство включает в себя корпус 1 и подвижный электрод 2, располагающийся внутри корпуса 1. На каждом из концов подвижного электрода 2 имеется подвижный контакт 4, а в корпусе 1 на его противоположных сторонах имеется неподвижный контакт 5, соответствующий подвижному контакту 4. Каждый из двух неподвижных контактов 5 соединен с клеммой 6. Подвижный электрод 2 соединен с нагрузочным концом 7 посредством провода. Корпус 1 также включает в себя две оттяжные пружины 8 электрода, располагающиеся на противоположных сторонах корпуса 1. Подвижный электрод 2 сжимает оттяжные пружины 8 электрода при поперечном перемещении внутри корпуса 1. Подвижный электрод 2 соединен муфтой с поперечным направляющим элементом 3, имеющим опорный выступ 9 для сжатия оттяжных пружин 8 электрода, когда поперечный направляющий элемент 3 перемещается в поперечном направлении внутри корпуса 1. Подвижный электрод 2 соединен муфтой с двумя пружинами 17 электрода, а поперечный направляющий элемент 3 имеет упор для ограничения положений контактных пружин 17 электрода.
Передний управляющий соленоид 13 и задний управляющий соленоид 14 расположены вверху и соединены с подвижным электродом 2 для того, чтобы инициировать переключение подвижного электрода 2. Блокирующий механизм расположен вверху и соединен с подвижным электродом 2 для блокировки положения подвижного электрода 2. Передний управляющий соленоид 13 и задний управляющий соленоид 14 расположены в верхней части корпуса 1, а размыкающий соленоид 15 расположен сверху корпуса 1 для возврата подвижного электрода 2 в нейтральное положение из переднего или заднего положения. Передний управляющий соленоид 13 и задний управляющий соленоид 14 имеют соответствующие направляющие отверстия, расположенные друг напротив друга; размыкающий соленоид 15 имеет направляющее отверстие, направленное книзу. Блокирующий механизм содержит вал 18 управляющего соленоида, который может перемещаться вперед и назад в направляющих отверстиях переднего управляющего соленоида 13 и заднего управляющего соленоида 14, и вал 10 размыкающего соленоида, который может перемещаться вверх и вниз в направляющем отверстии размыкающего соленоида 15. Вал управляющего соленоида соединен с опорным выступом 9 посредством тяги 12. Вал 18 управляющего соленоида имеет клиновидную канавку 19 на каждом из концов в его верхней части. Вал 10 размыкающего соленоида имеет поперечную соединительную деталь 11 в его нижней части и клиновидные зубья 20, расположенные в нижней части поперечной соединительной детали 11, входящие в зацепление или выходящие из зацепления с упомянутыми клиновидными канавками 19 на обоих концах упомянутого вала управляющего соленоида. Пружина 16 размыкающего соленоида соединена муфтой с валом 10 размыкающего соленоида и удерживается между упомянутой поперечной соединительной деталью 11 и направляющим отверстием упомянутого размыкающего соленоида 15.
При работе быстродействующее двунаправленное переключающее устройство с тремя состояниями соединено с контроллером. Когда контроллер получает сигнал от внешнего источника на переключение источника питания, контроллер выдает импульсный ток на передний управляющий соленоид 13, задний управляющий соленоид 14 или размыкающий соленоид 15 для того, чтобы переместить подвижный электрод 2 в необходимое положение, переключаясь между тремя состояниями - передним, задним и нейтральным положениями соединения соответственно. Работу быстродействующего двунаправленного переключающего устройства с тремя состояниями можно описать следующим образом.
Для перемещения подвижного электрода 2 вперед, т.е. устройству дается команда подключиться к переднему источнику питания, контроллер выдает импульсный ток на передний управляющий соленоид 13, который генерирует магнитную силу на валу 18 управляющего соленоида. Приводимые в действие валом 18 управляющего соленоида, поперечный направляющий элемент 3 и подвижный электрод 2 перемещаются вперед, в результате чего подвижный контакт 4 на переднем конце подвижного электрода 2 входит в соприкосновение с неподвижным контактом 5 на передней стороне корпуса 1. В то же самое время клиновидные зубья 20 на заднем конце поперечной соединительной детали 11 прочно введены в зацепление с клиновидной канавкой 19 на заднем конце вала 18 управляющего соленоида. Быстродействующее двунаправленное переключающее устройство с тремя состояниями не только обеспечивает достаточное давление между подвижным контактом 4 и неподвижным контактом 5 для гарантирования надежного контакта, но и позволяет подвижному электроду 2 оставаться на месте после отключения подачи тока на передний соленоид 13, таким образом обеспечивая экономию энергии. Когда подвижный электрод 2, поперечный направляющий элемент 3 и опорный выступ 9 перемещаются вперед, оттяжная пружина 8 электрода на передней стороне корпуса 1 и пружина 17 электрода на подвижном электроде 2 сжимаются, в результате чего в оттяжной пружине 8 электрода и пружине 17 электрода накапливается потенциальная энергия упругой деформации.
Для перемещения подвижного электрода 2 назад, т.е. устройству дается команда на подключение к заднему источнику питания, контроллер выдает импульсный ток на задний управляющий соленоид 14, который генерирует магнитную силу на валу 18 управляющего соленоида. Приводимые в действие валом 18 управляющего соленоида, подвижный электрод 2 и поперечный направляющий элемент 3 перемещаются назад. В то же время потенциальная энергия упругой деформации, ранее накопленная в оттяжной пружине 8 электрода на передней стороне корпуса 1 и в пружине 17 электрода на подвижном электроде 2, высвобождается и преобразуется в кинетическую энергию для ускорения движения подвижного электрода 2 и поперечного направляющего элемента 3, благодаря чему происходит быстрое переключение на задний источник питания. В этот момент подвижный контакт 4 на заднем конце подвижного электрода 2 соприкасается с неподвижным контактом 5 на задней стороне корпуса 1, а клиновидные зубья 20 на переднем конце поперечной соединительной детали 11 прочно введены в зацепление с клиновидной канавкой 19 на переднем конце вала 18 управляющего соленоида. Когда подвижный электрод 2 и поперечный направляющий элемент 3 перемещаются назад, оттяжная пружина 8 электрода на задней стороне корпуса 1 и пружина 17 электрода на подвижном электроде 2 сжимаются. В результате чего в оттяжной пружине 8 электрода и пружине 17 электрода накапливается потенциальная энергия упругой деформации.
Аналогичным образом для перемещения подвижного электрода 2 в среднее положение, т.е. устройству дается команда на переключение в нейтральное положение соединения, контроллер выдает импульсный ток на размыкающий соленоид 15, который генерирует магнитную силу на валу 10 размыкающего соленоида и тем самым заставляет его перемещаться вверх. Приводимые в действие валом 10 размыкающего соленоида, клиновидные зубья 20 поперечной соединительной детали 11 выводятся из зацепления с клиновидной канавкой 19 вала 18 управляющего соленоида. Подвижный электрод 2 и поперечный направляющий элемент 3 быстро перемещаются обратно в среднее положение под действием сил упругости от оттяжной пружины 8 электрода и пружины 17 электрода.
Выше приведены только предпочтительные варианты осуществления изобретения; изобретение не ограничено показанными вариантами осуществления, но также распространяется и на другие предпочтительные варианты осуществления, подпадающие под действие прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, такие термины, как «первый», «второй», «передний», «задний», «нижний», «верхний» и т.д., используются только в описательных и иллюстративных целях и не являются ограничивающими.