EA 026040B1 20170228

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000026040b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Способ управления электрическим переключателем, содержащим подвижный контакт и электромагнитный пускатель для обеспечения перемещения подвижного контакта между разомкнутым положением и замкнутым положением, включающий приложение напряжения к пускателю, когда подвижный контакт находится в разомкнутом положении, с обеспечением приложения движущей силы к подвижному контакту и его перемещения в сторону замкнутого положения, при этом напряжение прикладывается в течение первого периода времени, завершающегося до того, как подвижный контакт достигает замкнутого положения, корректировку напряжения в конце первого периода времени для уменьшения движущей силы и дальнейшую корректировку напряжения для увеличения движущей силы после корректировки напряжения для уменьшения движущей силы.

2. Способ по п.1, в котором дальнейшую корректировку напряжения осуществляют до, после или, по существу, одновременно с тем, как контакт достигает замкнутого положения, при этом время выбирают таким образом, чтобы дальнейшая корректировка напряжения по существу не влияла на скорость перемещения контакта.

3. Способ по п.1 или 2, в котором дальнейшую корректировку напряжения осуществляют до того, как подвижный контакт достигает замкнутого положения.

4. Способ по п.3, в котором дальнейшую корректировку напряжения осуществляют непосредственно до того, как подвижный контакт достигает замкнутого положения.

5. Способ по п.3 или 4, в котором дальнейшую корректировку напряжения осуществляют достаточно близко к моменту достижения подвижным контактом замкнутого положения, чтобы дальнейшая корректировка напряжения существенно не влияла на скорость перемещения подвижного контакта.

6. Способ по п.4, в котором дальнейшую корректировку напряжения осуществляют за 2 мс, предпочтительно за 1 мс, более предпочтительно за 0,5 мс до того, как подвижный контакт достигает замкнутого положения.

7. Способ по любому из пп.1-6, в котором дальнейшую корректировку напряжения осуществляют, по существу, одновременно с тем, как подвижный контакт достигает замкнутого положения.

8. Способ по любому из пп.1-7, в котором дальнейшую корректировку напряжения осуществляют после того, как подвижный контакт достигает замкнутого положения.

9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы предусматривает снижение напряжения до отличающегося от нуля уровня.

10. Способ по п.9, в котором корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы предусматривает снижение напряжения предпочтительно по меньшей мере приблизительно на 50% до отличающегося от нуля уровня.

11. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы предусматривает снижение напряжения до нуля.

12. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы предусматривает изменение полярности напряжения.

13. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы предусматривает модуляцию напряжения.

14. Способ по п.13, в котором корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы предусматривает широтно-импульсную модуляцию напряжения.

15. Способ по п.14, в котором широтно-импульсная модуляция служит для приложения нулевого напряжения к пускателю между импульсами.

16. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором переключатель имеет схему управления, в которую входит по меньшей мере один конденсатор для накопления напряжения, при этом приложение напряжения к пускателю с целью обеспечения приложения движущей силы к подвижному контакту предусматривает приложение к пускателю напряжения по меньшей мере от одного конденсатора.

17. Способ по п.16, в котором корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы предусматривает корректировку прилагаемого к пускателю напряжения по меньшей мере от одного конденсатора.

18. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором пускатель содержит по меньшей мере одну электромагнитную катушку, при этом приложение напряжения к пускателю с целью обеспечения приложения движущей силы к подвижному контакту предусматривает приложение напряжения по меньшей мере к одной катушке.

19. Способ по п.18, в котором корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы предусматривает корректировку напряжения, прилагаемого по меньшей мере к одной катушке.

20. Электрический переключатель для осуществления способа по п.1, содержащий подвижный контакт и электромагнитный пускатель для обеспечения перемещения подвижного контакта между разомкнутым положением и замкнутым положением и дополнительно содержащий источник напряжения и контроллер для избирательного приложения напряжения от источника напряжения к пускателю, при этом контроллер выполнен с возможностью, когда подвижный контакт находится в разомкнутом положении, приложение к пускателю напряжения от источника напряжения для обеспечения приложения движущей силы к подвижному контакту и его перемещения в сторону замкнутого положения, контроллер также выполнен с возможностью приложения напряжения в течение первого периода времени, завершающегося до того, как подвижный контакт достигает замкнутого положения, и контроллер дополнительно выполнен с возможностью корректировки напряжения в конце первого периода времени для уменьшения движущей силы и дальнейшей корректировки напряжения для увеличения движущей силы после корректировки напряжения для уменьшения движущей силы.

21. Переключатель по п.20, в котором источник напряжения представляет собой по меньшей мере один конденсатор.

22. Переключатель по п.20 или 21, в котором пускатель содержит по меньшей мере одну электромагнитную катушку, при этом контроллер выполнен с возможностью обеспечивать избирательное приложение напряжения по меньшей мере к одной электромагнитной катушке.

23. Переключатель по п.22, в котором пускатель имеет подвижную часть, выполненную с возможностью переходить в замкнутое положение и выходить из него в ответ на изменения возбуждения по меньшей мере одной электромагнитной катушки.

24. Переключатель по п.23, в котором пускатель имеет неподвижную часть, при этом подвижная и неподвижная части выполнены с возможностью магнитным способом взаимно блокироваться в замкнутом положении вследствие остаточного магнетизма подвижной и неподвижной частей.

25. Переключатель по любому из пп.20-24, в котором электрический переключатель содержит прерыватель цепи.

26. Переключатель по любому из пп.20-25, в котором электрический переключатель содержит вакуумный прерыватель.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

21. Переключатель по п.20, в котором источник напряжения представляет собой по меньшей мере один конденсатор.

25. Переключатель по любому из пп.20-24, в котором электрический переключатель содержит прерыватель цепи.

26. Переключатель по любому из пп.20-25, в котором электрический переключатель содержит вакуумный прерыватель.

(19)
Евразийское
патентное
ведомство
026040
(13) B1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.02.28
(21) Номер заявки
201200788
(22) Дата подачи заявки 2012.06.22
(51) Int. Cl.
H01H 51/00 (2006.01) H01F 7/06 (2006.01)
(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ПРЕРЫВАТЕЛЯ ЦЕПИ
(31) 13/168,035
(32) 2011.06.24
(33) US
(43) 2013.01.30
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ТАВРИДА ЭЛЕКТРИК ХОЛДИНГ АГ (CH)
(72) Изобретатель:
Чали Алексей Михайлович (RU), Ледяев Владимир Викторович (UA)
(74) Представитель:
Веселицкая И.А., Кузенкова Н.В., Веселицкий М.Б., Каксис Р.А., Белоусов Ю.В., Куликов А.В., Кузнецова Е.В. (RU)
(56) RU-C2-2216806 RU-U1-67772 DE-B-1264581 US-A-5034714
(57) В изобретении описан способ управления прерывателем цепи, который имеет подвижный контакт и пускатель для перемещения подвижного контакта между разомкнутым положением и замкнутым положением. При нахождении подвижного контакта в разомкнутом положении прикладывают напряжение к пускателю, чтобы обеспечить перемещение подвижного контакта в сторону замкнутого положения. Напряжение прикладывается в течение ограниченного периода времени, который завершается до того, как подвижный контакт достигает замкнутого положения. В конце ограниченного периода времени корректируют напряжение, чтобы уменьшить ускорение, воздействующее на контакт. Затем повышают напряжение непосредственно до, после или, по существу, одновременно с тем, как контакт достигает своего замкнутого положения.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к электрическим переключателям, более точно к прерывателям
цепи.
Уровень техники
Прерыватели цепи, включая устройства повторного включения, обычно содержат электромагнитный пускатель, размыкающий и замыкающий электрический контакт. При замыкании контакта обычно происходит возбуждение одной или нескольких электромагнитных катушек, под действием которых контакт преодолевает усилие механического смещения, такое как усилие пружины. Для сохранения механической долговечности прерывателя цепи должна ограничиваться скорость перемещения контакта. Это отрицательно сказывается на эффективности и приводит к увеличению веса и размера прерывателя цепи, а также увеличению расхода электроэнергии.
Желательно создать усовершенствованный способ управления работой прерывателей цепи, в котором преодолен указанный недостаток.
Краткое изложение сущности изобретения
Согласно первой особенности изобретения предложен способ управления электрическим переключателем, который содержит подвижный контакт и электромагнитный пускатель для обеспечения перемещения подвижного контакта между разомкнутым положением и замкнутым положением, включающий
когда подвижный контакт находится в разомкнутом положении, приложение напряжения к пускателю с целью обеспечения приложения движущей силы к подвижному контакту и его перемещения в сторону замкнутого положения, при этом напряжение прикладывается в течение первого периода времени, завершающегося до того, как подвижный контакт достигает замкнутого положения, и
корректировку напряжения в конце первого периода времени с целью уменьшения движущей силы.
В стандартных вариантах осуществления способ дополнительно включает дальнейшую корректировку напряжения с целью увеличения движущей силы после корректировки напряжения с целью уменьшения движущей силы. Упомянутая дальнейшая корректировка напряжения предпочтительно осуществляется до того, как подвижный контакт достигает замкнутого положения, в особенности, непосредственно до того, как подвижный контакт достигает замкнутого положения. В частности, предпочтительно, чтобы дальнейшая корректировка напряжения осуществлялась достаточно близко к моменту достижения подвижным контактом замкнутого положения, чтобы дальнейшая корректировка напряжения существенно не влияла на скорость перемещения подвижного контакта. Например, дальнейшая корректировка напряжения может осуществляться за 2 мс, предпочтительно за 1 мс, более предпочтительно за 0,5 мс до того, как подвижный контакт достигает замкнутого положения. Дальнейшая корректировка напряжения может осуществляться, по существу, одновременно с достижением подвижным контактом замкнутого положения.
Корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы необязательно предусматривает снижение напряжения до отличающегося от пуля уровня. Корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы может предусматривать снижение напряжения по меньшей мере приблизительно на 50% до отличающегося от нуля уровня.
В качестве альтернативы, корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы предусматривает снижение напряжения до нуля.
В качестве альтернативы, корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы также предусматривает изменение полярности напряжения.
В качестве альтернативы, корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы предусматривает модуляцию напряжения. Корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы может предусматривать широтно-импульсную модуляцию напряжения. Широтно-импульсная модуляция может использоваться для приложения нулевого напряжения к пускателю между импульсами.
В стандартных вариантах осуществления переключатель имеет схему управления, в которую входит по меньшей мере один конденсатор для накопления напряжения, при этом приложение напряжения к пускателю с целью обеспечения приложения движущей силы к подвижному контакту предусматривает приложение к пускателю напряжения по меньшей мере на одном конденсаторе. Соответственно, корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы может предусматривать корректировку прилагаемого к пускателю напряжения по меньшей мере на одном конденсаторе.
В предпочтительных вариантах осуществления пускатель содержит по меньшей мере одну электромагнитную катушку, при этом приложение напряжения к пускателю с целью обеспечения приложения движущей силы к подвижному контакту предусматривает приложение напряжения по меньшей мере к одной катушке. Корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы обычно предусматривает корректировку напряжения, прилагаемого по меньшей мере к одной катушке.
Согласно второй особенности изобретения предложен электрический переключатель, содержащий подвижный контакт и электромагнитный пускатель для обеспечения перемещения подвижного контакта между разомкнутым положением и замкнутым положением, при этом переключатель дополнительно содержит
источник напряжения,
контроллер для избирательного приложения напряжения из источника напряжения к пускателю,
при этом, когда подвижный контакт находится в разомкнутом положении, контроллер служит, для обеспечения приложения к пускателю напряжения из источника напряжения с целью обеспечения приложения движущей силы к подвижному контакту и его перемещения в сторону замкнутого положения,
контроллер выполнен с возможностью обеспечения приложения напряжения в течение первого периода времени, завершающегося до того, как подвижный контакт достигает замкнутого положения, и
контроллер дополнительно служит для корректировки напряжения в конце первого периода времени с целью уменьшения движущей силы.
Источник напряжения предпочтительно представляет собой по меньшей мере один конденсатор.
Пускатель обычно содержит по меньшей мере одну электромагнитную катушку, при это контроллер служит для избирательного приложения напряжения по меньшей мере к одной электромагнитной катушке.
Пускатель может иметь подвижную часть, способную переходить в замкнутое положение и выходить из него в ответ на изменения возбуждения по меньшей мере одной электромагнитной катушки. Пускатель предпочтительно имеет неподвижную часть, при этом подвижная и неподвижная части способны магнитным способом взаимно блокироваться в замкнутом положении вследствие остаточного магнетизма подвижной и неподвижной частей (который образуется в результате предшествующего воздействия по меньшей мере одной катушки (т.е. за счет протекания тока) на подвижную и неподвижную части при ее возбуждении).
Электрический переключатель может содержать прерыватель цепи или вакуумный прерыватель.
Дополнительные выгодные особенности изобретения станут ясны специалистам в данной области после ознакомления со следующим далее описанием конкретного варианта осуществления со ссылкой на сопровождающие чертежи.
Краткое описание чертежей
Далее в качестве примера описан один из вариантов осуществления изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых
на фиг. 1 показан боковой вид в разрезе прерывателя цепи, применимого в настоящем изобретении, на фиг. 2 - боковой вид в разрезе пускателя, применимого в показанном на фиг. 1 прерывателе цепи, в рабочем состоянии,
на фиг. 3 - боковой вид в разрезе показанного на фиг. 2 пускателя в нерабочем состоянии; на фиг. 4 - схема управления, применимая для управления работой показанного на фиг. 1 прерывателя цепи,
на фиг. 5А - диаграмма, иллюстрирующая временную зависимость напряжения катушки пускателя в способе простого управления,
на фиг. 5Б - диаграмма, иллюстрирующая временную зависимость скорости перемещения контакта в способе простого управления,
на фиг. 6А - диаграмма, иллюстрирующая временную зависимость напряжения катушки пускателя в первом варианте осуществления способа управления согласно изобретению,
на фиг. 6Б - диаграмма, иллюстрирующая временную зависимость скорости перемещения контакта в первом варианте осуществления,
на фиг. 7A - диаграмма, иллюстрирующая временную зависимость напряжения катушки пускателя во втором варианте осуществления способа управления согласно изобретению,
на фиг. 7Б - диаграмма, иллюстрирующая временную зависимость скорости перемещения контакта во втором варианте осуществления,
на фиг. 8А - диаграмма, иллюстрирующая временную зависимость напряжения катушки пускателя в третьем варианте осуществления способа управления согласно изобретению,
на фиг. 8Б - диаграмма, иллюстрирующая временную зависимость скорости перемещения контакта в третьем варианте осуществления,
на фиг. 9А - диаграмма, иллюстрирующая временную зависимость напряжения катушки пускателя в четвертом варианте осуществления способа управления согласно изобретению, и
на фиг. 9Б - диаграмма, иллюстрирующая временную зависимость скорости перемещения контакта в четвертом варианте осуществления.
Подробное описание осуществления изобретения
На чертежах, в частности на фиг. 1, показано в целом обозначенное позицией 10 электрическое переключающее устройство, обычно именуемое прерывателем цепи или просто прерывателем. Переключатель 10 сконфигурирован на автоматическое срабатывание в случае неисправности, например перегрузки по току или короткого замыкания с целью защиты цепи (не показана), в которую он входит в процессе работы. Это достигается путем прерывания электрической цепи в ответ на обнаружение неисправности и тем самым прерывания протекания тока. В некоторых вариантах осуществления переключатель 10 может быть возвращен в исходное состояние вручную (например, механическим или электромеханическим способом путем приведения в действие вручную пользовательских средств управления (не показаны))
или автоматически (обычно электромеханическим способом в ответ на обнаружение переключателем 10 неисправности и(или) после истечения предельного времени после приведения в действие). Прерыватели цепи с автоматическим возвратом в исходное состояние широко известны как устройства повторного включения.
Переключатель 10, который далее именуется прерывателем цепи, имеет первый и второй электрические контакты 12, 14. Первый контакт 12 способен перемещаться между разомкнутым положением (показанным на фиг. 1) и замкнутым положением (не показанным), в котором он образует электрический контакт со вторым контактом 14. Разомкнутое положение контакта 12 соответствует нерабочему или размыкающему состоянию прерывателя 10 цепи, в котором он прерывает протекание тока. Замкнутое положение контакта 12 соответствует рабочему или включенному состоянию прерывателя 10 цепи, в котором между контактами 12, 14 способен протекать ток. В проиллюстрированном варианте осуществления контакты 12, 14 расположены в вакуумной камере 16, а прерыватель 10 цепи может именоваться вакуумным прерывателем цепи.
Перемещение контакта 12 между разомкнутым и замкнутым положениями осуществляется электромагнитным пускателем 18, который подробнее описан далее со ссылкой на фиг. 2 и 3. С этой целью пускатель 18 механически соединен с подвижным контактом 12. В проиллюстрированном варианте осуществления между пускателем 18 и контакт 12 предусмотрено механическое соединительное устройство 20, сконфигурированное на преобразование перемещения пускателя 18 в соответствующе перемещение контакта 12. В частности, соединительное устройство 20 преобразует преимущественно линейное перемещение пускателя 18 в преимущественно линейное перемещение контакта 12. Соединительное устройство 20 предпочтительно имеет соединительный элемент 22 из электроизоляционного материала.
Рассмотрим фиг. 2 и 3, на которых показан гфедпочтительный пускатель 18. Пускатель 18 имеет корпус 24, имеющий первую часть 24А и вторую часть 24В. Первая часть 24А способна перемещаться относительно второй части 24В между замкнутым положением (фиг. 2) и разомкнутым положением (фиг. 3), а вторая часть 24В обычно является неподвижной по отношению к прерывателю 10 цепи во время работы. Для обеспечения перемещения первой части 24А в сторону разомкнутого положения и предпочтительно в разомкнутое положение предусмотрено упругое смещающее средство. В стандартных вариантах осуществления упругое смещающее средство служит для обеспечения перемещения первой части 24А в разомкнутое положение и может представлять собой любое применимое упругое смещающее устройство, например, одну или несколько пружин 26 сжатия.
Пускатель 18 имеет стержень 28, на котором соответствующим образом установлена пружина 26. В проиллюстрированном варианте осуществления свободный конец 30 стержня 28 соединен с соединительным элементом 22. По мере того, как в процессе работы часть 24А перемещается в сторону части 24В, свободный конец 30 перемещается вверх (как показано на чертежах). Соединительный элемент 22 сообщает соответствующее перемещение второму стержню 29, который установлен между соединительным элементом 22 и подвижным контактом 12. В результате этого перемещения второго стержня 29 контакт 12 перемещается в сторону замкнутого положения и в конечном итоге в замкнутое положение. Между подвижной частью 24А и стержнем 28 может быть установлено упругое смещающее средство, например, содержащее одну или несколько пружин 27 сжатия. В предпочтительной конструкции, когда часть 24А находится в замкнутом положении, пружина 27 сжата и, соответственно, прилагает усилие к стержню 28, помогая поддерживать контакт 12 в замкнутом положении.
Следовательно, перемещение части 24А в сторону замкнутого положения вызывает перемещение контакта 12 в сторону замкнутого положения. Следует отметить, что часть 24А и контакт 12 могут не достигать своих соответствующих замкнутых положений одновременно. Например, в проиллюстрированном варианте осуществления контакт 12 достигает своего замкнутого положения до того, как его достигает часть 24А. Предпочтительно, чтобы перемещение части 24А, которое происходит после замыкания контакта 12, служило для сжатия пружины 27.
Пускатель 18 содержит электромагнитное управляющее устройство 32, содержащее одну или несколько электромагнитных катушек 36 (которые могут иметь одну или несколько обмоток), а также обычно держатель катушки. Катушка 36 обычно является кольцевой, и показана на фиг. 2 и 3 в поперечном разрезе. Катушка 36 обычно сконфигурирована в виде соленоида. Катушка 36 возбуждается путем приложения к ней напряжения, в результате чего через нее протекает ток, который создает электромагнитное поле вокруг катушки. С катушки 36 снимается возбуждение путем понижения протекающего через нее тока. Таким образом, когда катушка 36 возбуждена, она действует как электромагнит, который заставляет подвижную часть 24А перемещаться в сторону замкнутого положения, а также в предпочтительных вариантах осуществления намагничивает части 24А, 24В, в результате чего между ними создается остаточный магнетизм блокировки.
В предпочтительном варианте осуществления катушка 36 не имеет сплошного сердечника. Тем не менее, подвижная часть 24А может рассматриваться как электромагнитный сердечник катушки 36, а неподвижная часть 24В может рассматриваться как ярмо. Обычно части 24А, 24В, по меньшей мере, частично выполнены из намагничиваемого или ферромагнитного материала, который непостоянно намагничивается, но поддается намагничиванию электромагнитным полем, генерируемым в процессе работы
катушкой 36. В качестве альтернативы, одна или обе части 24А, 24В могут быть, по меньшей мере, частично выполнены из постоянно намагничиваемого материала.
Катушка 36 установлена, обычно прикреплена к одной из частей 24А, 24В, в этом примере ко второй части 24В. Предпочтительно, чтобы катушка 36 выступала из второй части 24В, а, когда части 24А, 24В соединены, выступающая часть катушка 36 входила в первую часть 24А.
Первая часть 24А может удерживаться в замкнутом положении одним или несколькими из различных способов в зависимости от варианта осуществления. Например, когда одна или обе из частей, включающих первую или вторую части 24А, 24В, представляет собой постоянный магнит или иным способом по меньшей мере частично выполнена из намагничиваемого материала, первая часть 24А за счет остаточного магнетизма (обозначенного на фиг. 2 линиями магнитной индукции RM) может удерживаться в замкнутом положении в первой и(или) вторая частях 24А, 24В. В качестве альтернативы или дополнительно катушка 36 может оставаться возбужденной и удерживать первую часть 24А в замкнутом положении за счет электромагнитной силы, создаваемой электромагнитным полем вокруг катушки. В проиллюстрированном варианте осуществления катушка 36 создает остаточный магнетизм в первой и второй частях 24А, 24В, в результате чего при последующем возбуждении катушки 36 первая и вторая части 24А, 24В удерживаются вместе.
Катушка 36 может быть способна размыкать первую часть 2А путем регулирования напряжения, прилагаемого к катушке 36, в частности, путем регулирования тока, протекающего через катушку. Например, в вариантах осуществления, в которых при возбуждении катушка 36 поддерживает заблокированное состояние за счет электромагнетизма, катушка 36 может выключаться путем снятия с нее возбуждения (т.е. понижения тока, протекающего через катушку). В предпочтительных вариантах осуществления к катушке 36 может прилагаться соответствующее напряжение, в результате чего создается электромагнитное поле, способное преодолевать или устранять какой-либо остаточный магнетизм (включая постоянный магнетизм), который поддерживает заблокированное состояние. Это удобно достигается путем приложения напряжения к катушке с полярностью, противоположной полярности напряжения, используемого для замыкания пускатель 18.
В процессе работы катушки 36, как это описано выше (т.е., когда первая и вторая части 24А, 24В размагничены), первая часть 24А корпуса перемещается в разомкнутое положение (фиг. 3) под действием пружины 26. Возврат первой части 24А в замкнутое положение может достигаться путем возбуждения катушки 36 напряжением, применимым для создания электромагнитного поля вокруг катушки 36, которое способно перемещать первую часть 24А в замкнутое положение (в результате чего преодолевается смещение под действием пружины 26). Перемещение первой части 24А в сторону разомкнутого положения вызывает перемещение контакта 12 в сторону разомкнутого положения. В проиллюстрированном варианте осуществления начальное перемещение части 24А из замкнутого положения приводит к тому, что пружина 27 разжимается, и контакт 12 не перемещается. Впоследствии контакт 12 перемещается в сторону разомкнутого положения по мере того, как часть 24 продолжает перемещаться в сторону разомкнутого положения.
Рассмотрим на фиг. 4, на которой показана схема 40 управления работой пускателя 18 и тем самым работой прерывателя 10 цепи. Схема 40 электрически соединена с одной или каждой электромагнитной катушкой 36 и сконфигурирована на управление возбуждением катушки 36, т.е. путем регулирования напряжения на катушке и тем самым тока через катушку. Схема 40 имеет контроллер 42 для обнаружения неисправностей и соответственно возбуждения катушки 36 или снятия с нее возбуждения. Контроллер 42 может быть выполнен в любой применимой форме, например может представлять собой логические схемы и ПЛК (программируемый логический контроллер) и(или) соответствующим образом запрограммированный микропроцессор или микроконтроллер. Контроллер 42 может быть соединен с любым применимым устройством для обнаружения неисправностей, например, устройством контроля тока.
В одном из простых вариантов осуществления (не проиллюстрированном) схема управления может быть способна прикладывать напряжение возбуждения к катушке 36, когда желательно замкнуть пускатель 18 или поддерживать его в замкнутом положении (т.е. поддерживать части 24А, 24В намагниченными), и снимать возбуждение с катушки 36, например уменьшать напряжения, когда желательно разомкнуть пускатель 18 (при этом части 24А, 24В выполнены таким образом, что остаточный магнетизм не продолжает удерживать их вместе).
Тем не менее, в предпочтительных вариантах осуществления, когда катушка 36 удерживается в заблокированном состоянии остаточным магнетизмом, схема 40 управления сконфигурирована на приложение соответствующего напряжения к катушке 36 с целью размыкания и замыкания пускателя. При размыкании пускателя 18 приложенное напряжение выбирают таким образом, чтобы оно было способно размагничивать первую и вторую части 24А, 24В пускателя, как описано выше. При замыкании пускателя 18 приложенное напряжение выбирают таким образом, чтобы катушка 36 создавала электромагнитное поле, обеспечивающее перемещение первой части 24А в замкнутое положение (с преодолением смещения под действием пружины 26), т.е. возбужденная катушка 36 создавала движущую силу, действующую на подвижную часть 24а пускателя и обеспечивающую ее перемещение в сторону замкнутого положения, что в свою очередь создает движущую силу, воздействующую на подвижный контакт 12 и обеспе
чивающую его перемещение в сторону замкнутого положения.
Схема 40 обычно содержит один или несколько накопительных конденсаторов 44, 46 для возбуждения катушки 36. В частности, катушку 36 возбуждают путем разряда в катушку напряжения на конденсаторе, в результате чего через катушку протекает ток и возбуждает ее. С этой целью схема 40 содержит один или несколько переключателей для избирательного приложения напряжения на конденсаторе или каждом конденсаторе к катушке 36. В предпочтительных вариантах осуществления предусмотрен соответствующий один или несколько конденсаторов для размыкания пускателя 18 и замыкания пускателя 18. Как показано на фиг. 1, напряжение, накопленное конденсатором 44, используется для замыкания пускателя 18, а напряжение накопленное конденсатором 46, используется для размыкания пускателя 18 (и, соответственно, для приведения в действие прерывателя 10 цепи). Для избирательного приложения напряжения конденсатора к катушке 36 предусмотрены соответствующие переключающие устройства 48, 50, управляемые контроллером 42. Переключающие устройства 48, 50 могут быть выполнены в любой применимой форме, но удобно, чтобы они представляли собой один или несколько транзисторов. В предпочтительном варианте осуществления каждое переключающее устройство 48, 50 содержит два транзистора, образующих мостиковую схему. Схема 40 обычно выполнена таким образом, что к катушке 36 прикладываются соответствующие напряжения на конденсаторах 44, 46 с противоположной полярностью (для создания в катушке соответствующих токов с противоположной полярностью). Напряжения, прикладываемые к катушке 36 путем разряда соответствующих конденсаторов 44, 46, являются переходными и имеют соответствующий профиль (с течением времени), который определяется соответствующей емкостью, а также обычно соответствующим сопротивлением схем, посредством которой разряжается напряжение.
При замыкании пускателя 18 расходуется значительно больше энергии, чем при размыкании пускателя 18, в особенности, когда должно быть преодолено смещение под действием пружины 26.
Один из способов управления процессом замыкания предусматривает прямое соединение соответствующего конденсатора 44, 46 с катушкой 36 на ограниченное время (т.е. приложение переходного напряжения). Недостатком этого способа является необходимость значительной энергии для замыкания пускателя. Эта энергия могла бы быть уменьшена, если бы не ограничение на скорость замыкания пускателя, поскольку с увеличением скорости замыкания повышается кпд пускателя. Тем не менее, скорость замыкания должна ограничиваться с целью сохранения механической долговечности прерывателя 10 цепи. Например, скорость замыкания подвижного контакта 12 обычно должна не превышать 1-1,5 м/с. Соответственно, параметры пускателя выбирают таким образом, чтобы скорость замыкания не превышала приемлемый предел. Тем не менее, в этом случае пускатель работает с относительно низким кпд, что увеличивает вес, размер и расход электроэнергии.
Например, на фиг. 5А проиллюстрирован описанный выше способ управления, когда к катушке 36 посредством переключателя 48 относительно нерегулируемым путем, как описано выше, прикладывается напряжение на конденсаторе. Показано, что напряжения, приложенное к катушке 36, имеет начальное значение V1 и действует в течение ограниченного периода времени, который завершается в момент Т2 и на протяжении которого спадает уровень приложенного напряжения. На фиг. 5Б показана диаграмма, иллюстрирующая, как со временем изменяется скорость перемещения подвижного контакта 12 в ответ на приложенное напряжение на конденсаторе. Показано, что на протяжении процесса замыкания скорость перемещения контакта растет приблизительно по экспоненте от нуля, пока не происходит замыкание в момент Т1 < Т2. Чтобы скорость перемещения контакта не превысила приемлемый уровень (предположительно приблизительно 1 м/с в этом примере), конденсатор 44 выбирают таким образом, чтобы значение V1 относительно уменьшалось приблизительно до 200 В. В этом примере необходимая емкость конденсатора является относительно высокой и составляет 2,5 мФ, время замыкания контакта является относительно большим (приблизительно 24 мс в этом примере), а общая длительность процесса замыкания (включая время намагничивания) является относительно большой и составляет приблизительно 50 мс в этом примере.
В предпочтительных вариантах осуществления контроллер 42 сконфигурирован на регулирование приложения напряжения к катушке 36 на протяжении процесса замыкания, как описано со ссылкой на фиг. 6-9. На начальной стадии, когда подвижная часть 24А пускателя 18 находится в разомкнутом положении (и контакт 12 находится в разомкнутом положении), к катушке 36 прикладывается напряжение V1 на конденсаторе 44 в течение периода Р1 времени, завершающегося в момент Т3Т3, который наступает до того, как контакт 12 достигает своего замкнутого положения. Напряжение V1 имеет тенденцию относительно медленно снижаться по мере разряда конденсатора 44. На протяжении периода Р1 катушка 36 возбуждается и создает движущую силу, воздействующую на подвижную часть 24А пускателя 18 и вызывающую его перемещение в сторону замкнутого положения, что в свою очередь создает движущую силу, воздействующую на подвижный контакт 12 и вызывающую его перемещение в сторону замкнутого положения. Следовательно, на протяжении периода Р1 подвижный контакт 12 ускоряется до начальной скорости (которая в качестве альтернативы может именоваться начальной линейной скоростью, поскольку контакт 12 обычно перемещается преимущественно линейно в сторону контакта 14). Обычно подвижная часть 24А и подвижный контакт 12 являются неподвижными в начале периода Р1, т.е. в момент Т = 0.
В конце периода Р1 времени контроллер 42 сконфигурирован на корректировку напряжения, приложенного к катушке 36, предпочтительно в течение второго периода времени Р2, завершающегося в момент Т4, который наступает до того или по существу одновременно с тем, как контакт 12 достигает своего замкнутого положения. Корректировка напряжения осуществляется таким образом, чтобы снизить движущую силу, приложенную к подвижной части 24А, и тем самым ее ускорение (путем снятия возбуждения с катушки 36) и соответственно к подвижному контакту 12.
В одном из вариантов осуществления, проиллюстрированном на фиг. 6А, напряжение, приложенное к катушке 36, снижается в конце периода Р1 до отличающегося от нуля уровня, более низкого, чем доступное напряжение на конденсаторе, предпочтительно до уровня от нулевого напряжения до, например, приблизительно 50% V1 или доступного в этом момент напряжения на конденсаторе. Это может достигаться любыми применимыми средствами, например, путем оснащения схемы 40 управления схемой деления напряжения (не показана), управляемой контроллером 42, чтобы избирательно прикладывать к катушке 36 все напряжение или часть напряжения на конденсаторе, или путем использования схемы широтно-импульсной модуляции (не показана).
В другом варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 7А, напряжение, приложенное к катушке 36, снижается до нуля в конце периода Р1. Контроллер 42 может удобно осуществлять это путем управления переключателем 48 с целью изолировать катушку от напряжения на конденсаторе 44.
В одном из дополнительных вариантов осуществления, проиллюстрированном на фиг. 8А, напряжение, приложенное к катушке 36, имеет обратную полярность в конце периода Р1, т.е. отрицательное значение напряжения относительно напряжения на конденсаторе. Это может достигаться любым удобным способом. Например, контроллер 42 может управлять переключателем 50 с целью приложения к катушке 36 напряжение на конденсаторе 46, которое в предпочтительных вариантах осуществления имеет полярность, противоположную полярности конденсатора 44 (в этом случае контроллер 42 преимущественно управляет переключателем 48 с целью изоляции конденсатора 44).
В еще одном из дополнительных вариантов осуществления, проиллюстрированном на фиг. 9А, напряжение, приложенное к катушке 36, модулируют в конце периода Р1, предпочтительно путем широт-но-импульсной модуляции, более предпочтительно от нуля до максимального доступного напряжения на конденсаторе. Это может достигаться любым применимым способом, например, путем оснащения схемы 40 управления схемой модуляции напряжения (не показанной), управляемой контроллером 42, чтобы избирательно модулировать прилагаемое к катушке 36 напряжение на конденсаторе.
В конце периода времени Р2 контроллер 42 преимущественно сконфигурирован на повышение напряжения (включая возможность повышения действующего напряжения, например, путем корректировки модуляции), приложенного к катушке 36 предпочтительно до максимального уровня, достижимого схемой 40 управления (который в этом варианте осуществления определяется напряжением на конденсаторе 44 и обычно является меньшим, чем напряжение V1), в течение периода Р3 времени, завершающегося в момент Т5, который обычно наступает после того, как контакт 12 достигает замкнутого положения. Это приводит к повторному возбуждению катушки 36 и созданию достаточного остаточного магнетизма в частях 24А, 24В для удержания пускателя 18 в рабочем состоянии после того, как исчезает напряжение на конденсаторе. В проиллюстрированном варианте осуществления в течение периода Р3 повышается напряжение, и увеличивается ток через катушку 36 с целью усиления магнитного потока в частях 24А, 24В до такого уровня, что части 24А, 24В удерживаются в замкнутом состоянии за счет остаточного магнетизма (магнитной блокировки). В вариантах осуществления, в которых для удержания блокировки в замкнутом состоянии не требуется остаточный магнетизм, повышение напряжения на протяжении периода Р3 не является необходимым.
Период Р3 может начинаться до того (предпочтительно непосредственно, например, за 2 мс, предпочтительно за 1 мс, более предпочтительно за 0,5 мс), по существу, одновременно или после того, как подвижный контакт 12 достигает своего замкнутого положения. В результате, при повышении напряжения в этот момент существенно не увеличивается скорость перемещения контакта 12.
В предпочтительных вариантах осуществления желаемая начальная скорость перемещения контакта 12 в момент Т3 определятся желаемой максимальной скоростью перемещения контакта 12, когда он входит в контакт с неподвижным контактом 14. Желаемая максимальная скорость перемещения зависит от физических характеристик прерывателя 10 цепи, но обычно выбирается таким образом, чтобы не вызывать чрезмерного повреждения контактов 12, 14. Когда известна начальная скорость, может определяться длительность периода Р1. Она зависит не только от физических характеристик прерывателя 10 цепи (например, соответствующих масс подвижных частей 24А, 12, мощности пружины 26 и т.д.), но также от напряжения, доступного на конденсаторе 44. Предпочтительно как можно быстрее ускорять контакт 12 до начальной скорости, поскольку за счет этого уменьшается необходимая для этого энергия. Соответственно, предпочтительно использовать конденсатор 44, который позволяет прикладывать к катушке 36 наибольшее достижимое напряжение. Поскольку на практике схема 40 управления имеет ограничения по току, конденсатор 44 выбирается с целью обеспечения наибольшего возможного напряжения без превышения ограничений по току. Например, в схеме 40, проиллюстрированной на фиг. 4, переключающие транзисторы имеют ограничение по току, определяющее максимальное напряжение, которое
может прикладываться к катушке 36 конденсатором 44. Если известно напряжение на конденсаторе, может быть вычислен момент Т3. В качестве альтернативы, он может определяться эмпирическим путем.
Соответственно, в предпочтительном варианте осуществления к катушке 36 прикладывается все доступное напряжение на конденсаторе на протяжении начальной стадии Р1, чтобы начать замыкание пускателя 18 и ускорение подвижного контакта 12 до желаемой начальной скорости. Затем напряжение (или действующее напряжения) преднамеренно снижают (в отличие от снижения в результате спада напряжения на конденсаторе) с помощью контроллера 42, чтобы пресечь ускорение контакта 12. Когда подвижный контакт 12 приближается к замкнутому положению (и не остается времени на ускорение соответствующих подвижных частей сверх желаемой максимальной скорости перемещения) или после этого, напряжение снова повышают, чтобы обеспечить увеличение тока через катушку до уровня, достаточного для эффективного намагничивания компонентов пускателя и удержания магнитной блокировки в замкнутом положении.
В проиллюстрированном на фиг. 6 примере к катушке 36 прикладывают начальное напряжение 385 В, а затем в момент Т3 = 7 мс снижают напряжение приблизительно на 50%. После этого в момент Т4 = 16,5 мс снова повышают напряжение. В результате, у такого же прерывателя 10 цепи, как в способе, проиллюстрированном на фиг. 5, время замыкания пускателя сокращается с 24 до 17 мс, общее время замыкания (включая время намагничивания блокировки) сокращается с 50 до 27 мс, а накопленная энергия, необходимая для замыкания, уменьшается с 50 до 22 Дж. Следует отметить, что даже при этом соответствующие скорости замыкания контактов в примерах, проиллюстрированных на фиг. 5 и 6, являются преимущественно одинаковыми (приблизительно 1 м/с).
На практике скорость перемещения контакта 12 важна, поскольку влияет на механическую долговечность вакуумного прерывателя или другого устройства. Обычно соответствующие скорости перемещения подвижного контакта 12 и части 24А пускателя 18 преимущественно являются одинаковыми, пока подвижный контакт 12 не упирается в неподвижный контакт 14 (за счет того, что часть 24АВ во время перемещение вверх толкает стержень 28 изолятора 22 с помощью дополнительной контактной нажимной пружины 27). В тот момент, когда контакты 12, 14 смыкаются друг с другом, между частями 24А, 24В пускателя 18 существует зазор, например, приблизительно в 2 мм. После этого подвижный контакт 12 не перемещается, а часть 24А продолжает перемещаться, пока зазор не исчезнет.
Изобретение не ограничено описанным в нем вариантом осуществления, в который могут быть внесены модификации или изменения, не выходящие за пределы объема изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ управления электрическим переключателем, содержащим подвижный контакт и электромагнитный пускатель для обеспечения перемещения подвижного контакта между разомкнутым положением и замкнутым положением, включающий
приложение напряжения к пускателю, когда подвижный контакт находится в разомкнутом положении, с обеспечением приложения движущей силы к подвижному контакту и его перемещения в сторону замкнутого положения, при этом напряжение прикладывается в течение первого периода времени, завершающегося до того, как подвижный контакт достигает замкнутого положения,
корректировку напряжения в конце первого периода времени для уменьшения движущей силы и дальнейшую корректировку напряжения для увеличения движущей силы после корректировки напряжения для уменьшения движущей силы.
2. Способ по п.1, в котором дальнейшую корректировку напряжения осуществляют до, после или, по существу, одновременно с тем, как контакт достигает замкнутого положения, при этом время выбирают таким образом, чтобы дальнейшая корректировка напряжения по существу не влияла на скорость перемещения контакта.
3. Способ по п.1 или 2, в котором дальнейшую корректировку напряжения осуществляют до того, как подвижный контакт достигает замкнутого положения.
4. Способ по п.3, в котором дальнейшую корректировку напряжения осуществляют непосредственно до того, как подвижный контакт достигает замкнутого положения.
5. Способ по п.3 или 4, в котором дальнейшую корректировку напряжения осуществляют достаточно близко к моменту достижения подвижным контактом замкнутого положения, чтобы дальнейшая корректировка напряжения существенно не влияла на скорость перемещения подвижного контакта.
6. Способ по п.4, в котором дальнейшую корректировку напряжения осуществляют за 2 мс, предпочтительно за 1 мс, более предпочтительно за 0,5 мс до того, как подвижный контакт достигает замкнутого положения.
7. Способ по любому из пп.1-6, в котором дальнейшую корректировку напряжения осуществляют, по существу, одновременно с тем, как подвижный контакт достигает замкнутого положения.
8. Способ по любому из пп.1-7, в котором дальнейшую корректировку напряжения осуществляют после того, как подвижный контакт достигает замкнутого положения.
9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором корректировка напряжения с целью
уменьшения движущей силы предусматривает снижение напряжения до отличающегося от нуля уровня.
10. Способ по п.9, в котором корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы предусматривает снижение напряжения предпочтительно по меньшей мере приблизительно на 50% до отличающегося от нуля уровня.
11. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы предусматривает снижение напряжения до нуля.
12. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы предусматривает изменение полярности напряжения.
13. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы предусматривает модуляцию напряжения.
14. Способ по п.13, в котором корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы предусматривает широтно-импульсную модуляцию напряжения.
15. Способ по п.14, в котором широтно-импульсная модуляция служит для приложения нулевого напряжения к пускателю между импульсами.
16. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором переключатель имеет схему управления, в которую входит по меньшей мере один конденсатор для накопления напряжения, при этом приложение напряжения к пускателю с целью обеспечения приложения движущей силы к подвижному контакту предусматривает приложение к пускателю напряжения по меньшей мере от одного конденсатора.
17. Способ по п.16, в котором корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы предусматривает корректировку прилагаемого к пускателю напряжения по меньшей мере от одного конденсатора.
18. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором пускатель содержит по меньшей мере одну электромагнитную катушку, при этом приложение напряжения к пускателю с целью обеспечения приложения движущей силы к подвижному контакту предусматривает приложение напряжения по меньшей мере к одной катушке.
19. Способ по п.18, в котором корректировка напряжения с целью уменьшения движущей силы предусматривает корректировку напряжения, прилагаемого по меньшей мере к одной катушке.
20. Электрический переключатель для осуществления способа по п.1, содержащий подвижный контакт и электромагнитный пускатель для обеспечения перемещения подвижного контакта между разомкнутым положением и замкнутым положением и дополнительно содержащий
источник напряжения и
контроллер для избирательного приложения напряжения от источника напряжения к пускателю,
при этом контроллер выполнен с возможностью, когда подвижный контакт находится в разомкнутом положении, приложение к пускателю напряжения от источника напряжения для обеспечения приложения движущей силы к подвижному контакту и его перемещения в сторону замкнутого положения,
контроллер также выполнен с возможностью приложения напряжения в течение первого периода времени, завершающегося до того, как подвижный контакт достигает замкнутого положения, и
контроллер дополнительно выполнен с возможностью корректировки напряжения в конце первого периода времени для уменьшения движущей силы и
дальнейшей корректировки напряжения для увеличения движущей силы после корректировки напряжения для уменьшения движущей силы.
21. Переключатель по п.20, в котором источник напряжения представляет собой по меньшей мере один конденсатор.
22. Переключатель по п.20 или 21, в котором пускатель содержит по меньшей мере одну электромагнитную катушку, при этом контроллер выполнен с возможностью обеспечивать избирательное приложение напряжения по меньшей мере к одной электромагнитной катушке.
23. Переключатель по п.22, в котором пускатель имеет подвижную часть, выполненную с возможностью переходить в замкнутое положение и выходить из него в ответ на изменения возбуждения по меньшей мере одной электромагнитной катушки.
24. Переключатель по п.23, в котором пускатель имеет неподвижную часть, при этом подвижная и неподвижная части выполнены с возможностью магнитным способом взаимно блокироваться в замкнутом положении вследствие остаточного магнетизма подвижной и неподвижной частей.
25. Переключатель по любому из пп.20-24, в котором электрический переключатель содержит прерыватель цепи.
26. Переключатель по любому из пп.20-25, в котором электрический переключатель содержит вакуумный прерыватель.
21.
21.
21.
21.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
026040
026040
- 1 -
- 1 -
026040
026040
- 1 -
- 1 -
026040
026040
- 1 -
- 1 -
026040
026040
- 1 -
- 1 -
026040
026040
- 1 -
- 1 -
026040
026040
- 1 -
- 1 -
026040
026040
- 4 -
- 3 -
026040
026040
- 8 -
026040
026040
- 8 -
026040
026040
- 11 -
- 11 -