Моторний привід для приведення в дію ступеневого перемикача

Реферат: Винахід стосується моторного приводу для приведення в дію ступеневого перемикача, що містить привідний двигун, силовий редуктор і керуючий привід, причому в корпусі моторного приводу передбачені засоби для реєстрації обертального моменту, що охоплюють радіоопитуваний датчик поверхневих акустичних хвиль, роторну і статорну секції антени. UA 111220 C2 (12) UA 111220 C2 UA 111220 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується моторного приводу для приведення в дію ступеневого перемикача, що містить засоби для реєстрації обертального моменту. Із викладеного опису винаходу DE 197 44 465 С1 вже відомо, що існує дуже велика зацікавленість у забезпеченні контролю ступеневого перемикача протягом усього часу перемикання навантаження для забезпечення можливості належного функціонування. Зазвичай для реалізації цього реєструють характеристику змін обертального моменту, поточне положення ступеневого перемикача в кожному випадку і порівнюють визначені пари величин із раніше записаними значеннями. При цьому характеристику змін обертального моменту при кожному перемиканні навантаження визначають за ефективною потужністю приводу, виходячи з ефективних значень струму і напруги. У міжнародній патентній заявці WO 2011/029494 А1 описаний контрольний привід для перевірки ступеневого перемикача або перемикача відводів обмотки трансформатора в рамках випробувань трансформаторів. Контрольний привід містить серводвигун, що через редуктор діє на адаптер, виконаний із можливістю з'єднання з вищим ступенем редуктора ступеневого перемикача або перемикача відводів обмотки трансформатора під час випробувань. Із викладеного опису до заявки на патент DE 103 15 204 А1 вже відоме застосування датчиків поверхневих акустичних хвиль (ПАХ-датчиків). ПАХ-датчики використовують у ступеневих перемикачах у рамках безперервної реєстрації робочих режимів в процесі перемикання ступеневого перемикача та/або в рамках нерегулярної реєстрації стану зносу в поєднанні з інспекційним оглядом ступеневих перемикачів. ПАХ-датчики розміщують усередині ступеневого перемикача в різних місцях. Із опису винаходу до патенту DE 195 46 215 С1 відома система індикації положень перемикання для електричних перемикальних пристроїв, які приводять в дію за допомогою механічних засобів. Це здійснюють за допомогою принаймні одного працюючого на поверхневих акустичних хвилях елемента (ПАХ-елемента) і взаємодіючого із ним високочастотного опитувального пристрою. Кожен із них закріплений на елементах перемикального пристрою, які при перемиканні переміщуються один відносно іншого. Високочастотний опитувальний пристрій може бути для забезпечення комунікації з контрольним блоком сполучений із антеною, яку розміщують або всередині герметизованого корпусу, або на його зовнішній стороні. Із викладеного опису до заявки на патент DE 10 2003 019 472 А1 відомий вакуум-насос із статором і ротором насоса. Ротор насоса містить приймально-передавальний пристрій, виконаний із можливістю зчитування за допомогою зчитувального пристрою статора насоса. Ротор насоса містить також датчики для визначення робочих параметрів та запам'ятовувальний пристрій. Запам'ятовувальний пристрій записує або історію виміряних робочих параметрів, або код терміну служби. Таким чином визначають ступінь зносу відповідного ротора і записують у запам'ятовувальний пристрій ротора. Завдяки цьому запам'ятовувальний пристрій ротора зберігає всю інформацію стосовно технічного обслуговування. Навіть в тому випадку, коли ротор застосовують в іншому вакуум-насосі, він зберігає записану, в ньому інформацію стосовно ротора. Зазвичай електродвигун приводить у дію ступеневий перемикач за допомогою силового редуктора, конічного зубчатого редуктора та шнекового редуктора. Ці редуктори сполучені між собою валами і мають різні передаточні числа і коефіцієнти корисної дії. Обидва параметри можуть впливати на результати вимірювання обертальних моментів. Особливо суттєвий вплив на коефіцієнт корисної дії силового приводу справляє температура. Оскільки його виконують у формі пасового редуктора, при високій температурі починається проковзування паса, що спричиняє зменшення коефіцієнта корисної дії та спотворення характеристики змін обертального моменту. При робочій температурі нижче 0 °С пасовий редуктор також є джерелом значних похибок. На фіг. 1 зображена спрощена типова характеристика змін обертального моменту, виміряна на моторному приводі протягом першого процесу перемикання при температурі мінус 20 °C. На осі абсцис нанесені значення часу t, а на осі ординат нанесені значення обертального моменту M. Момент часу А відповідає початку процесу перемикання. Починаючи з цього моменту спочатку відбувається стрімке зростання обертального моменту. Причинами цього є насамперед те, що пас редуктора є дуже холодним і жорстким, тому спочатку двигун має долати цей опір. В'язкість мастильних матеріалів у шнековому редукторі та конічному зубчатому редукторі при цій температурі також утворюють опір, який є дуже низьким порівняно з опором паса. Після подолання протидії цих факторів на першій стадії значення обертального моменту знижується до моменту часу В. Між моментами часу В та C обертальний момент знову зростає. Проте, він не досягає такого самого значення, що й на початку процесу перемикання. Цей підйом пов'язаний із тим, що незадовго до спрацьовування енергоакумулятор потребує більше 1 UA 111220 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 енергії для збільшення натягу пружин. Після спрацьовування енергоакумулятора і пов'язаного з цим процесу перемикання обертальний момент зменшується до моменту часу C, який відповідає завершенню процесу перемикання. В той час як другий, спричинений енергоакумулятором підйом є характерним для зміни обертального моменту при перемиканні, перший підйом між моментами часу А і В завжди залежить від температури, тобто є нестабільним і не піддається розрахунку. Особливо наочно це пояснює фіг. 2. На ній зображена характеристика змін обертального моменту після 30 послідовних перемикань. Легко помітити відсутність першого, дуже інтенсивного зростання обертального моменту між моментами часу D і E. Це залежить насамперед від того, що температура паса силового приводу досягла робочої температури, завдяки чому привід потребує менше енергії, що, в свою чергу, позначається на характеристиці змін обертального моменту. Також зображено, що хід кривих між моментами часу E та F є порівнянним із ходом кривих між моментами часу В та C. Таким чином, можна встановити, що коливання температури справляють незначний вплив на енергоакумулятор. Для забезпечення можливості виявлення порушень функціонування, наприклад руйнування вала або конструктивного елемента енергоакумулятора, для окремих проміжків часу встановлюють порогові значення. Перевищення цих порогових значень інтерпретують як несправність. Унаслідок сильних коливань на початку процесів перемикання доводиться встановлювати дуже високі порогові значення, щоб уникнути інтерпретації перших перемикань як несправностей. Проте, після досягнення усіма конструктивними елементами робочої температури порогове значення виявляється занадто високим, внаслідок чого значення нижче порогового вже не можуть бути детектовані як несправності. Недоліком рівня техніки є також те, що всі вбудовані у привідний вузол редуктори спричиняють похибки вимірювання. Вони визначаються добутком коефіцієнтів корисної дії та передаточних чисел окремих редукторів і можуть бути дуже значно коливатися при змінах температури. Це особливо стосується параметрів силового приводу. Іншим джерелом помилок при визначенні характеристики змін обертального моменту на підставі ефективної потужності приводу є сам привід. Оскільки окремі конструктивні елементи цих приводів закуповують у всьому світі, виробники не можуть постачати пристрої зі сталими параметрами. Отже, це також необхідно враховувати для забезпечення можливості одержання точних результатів вимірювання. Задачею винаходу є розроблення моторного приводу, що містить засіб для реєстрації обертального моменту, причому засіб для реєстрації обертального моменту надійно функціонує, дозволяє одержувати точніші результати вимірювання і враховувати вплив температури для виключення впливу параметрів силового приводу, які зумовлюють похибки вимірювання. Задачу вирішено в моторному приводі, що містить засоби для реєстрації обертального моменту для ступеневого перемикача з ознаками першого пункту формули винаходу. В основу винаходу було покладено загальну ідею розміщення засобу для реєстрації обертального моменту ближче до ступеневого перемикача з метою виключення впливу температури і параметрів силового редуктора на результати вимірювання. Далі винахід пояснюється докладніше за допомогою креслень. На кресленнях зображено: Фіг. 1 Типова характеристика змін обертального моменту моторного приводу в процесі перемикання при температурі -20 °C після тривалого простою, Фіг. 2 Типова характеристика змін обертального моменту моторного приводу в процесі перемикання при температурі -20 °C після 30 перемикань, Фіг. 3 Відповідний винаходові моторний привід, що містить силовий редуктор, регулюючий привід, привідний двигун і засоби для реєстрації обертального моменту. На фіг. 3 зображений моторний привід 1, що місить силовий редуктор 2, привідний двигун 3 і регулюючий привід 4. Усередині силового редуктора 2 розміщений перший, виконаний з можливістю приведення в дію привідним двигуном 3, привідний вал 5, який механічно сполучений з першим привідним диском 6. Крім цього, також усередині силового редуктора 2 розміщений другий привідний вал 7, який механічно сполучений із другим привідним диском 8. Другий привідний вал 7 приводить у дію, крім цього, керуючий привід 4 і не зображений на цьому кресленні ступеневий перемикач. Привідний вал 7 сполучений зі ступеневим перемикачем системою привідних штанг, також не зображеною на кресленні. Привідні диски 6, 8 сполучені пасом 9, завдяки чому забезпечується передача обертального руху від привідного двигуна 3. Не зображені на кресленні необхідні для обпирання привідних валів 5, 7 засоби, наприклад шарикопідшипники, встановлені на корпусі 10 або вбудовані в нього. 2 UA 111220 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На другому привідному валу 7 встановлений принаймні один радіоопитуваний датчик 11 поверхневих акустичних хвиль. Для цього застосовують так званий датчик поверхневих акустичних хвиль (ПАХ), виконаний із можливістю опитування по радіо. Радіоопитуваний датчик 11 поверхневих акустичних хвиль електропровідно сполучений із роторною секцією 12 антени. Вона простягається в радіальному напрямку і механічно сполучена з привідним валом 7. В аксіальному напрямку відносно роторної секції 12 антени на певній відстані від неї встановлена виконана радіально в формі диска статорна секція 13 антени. Статорна секція 13 антени нерухомо встановлена в корпусі 10. Передача енергії та даних забезпечується за допомогою електромагнітного поля, утворюваного між роторною секцією 12 антени і статорною секцією 13 антени. Особливо переважною є відсутність силового редуктора при вимірюваннях характеристики змін обертального моменту. Вимірювання на виході силового приводу дозволяє одержувати більш точні результати аналізу несправностей, які менше залежать від температури. Додатково відпадає необхідність у використанні таких параметрів, як коефіцієнт корисної дії та передаточне число силового приводу, які впливають на похибки вимірювання. Немає потреби також у врахуванні фактора похибок двигуна. Додатково не треба враховувати допуски, що змінюються з часом, а також знос механічних деталей силового приводу. Безконтактна передача енергії та даних майже не потребує технічного обслуговування порівняно з ковзними контактами або прямими з'єднаннями. Додатково за допомогою радіоопитуваного датчика 11 поверхневих акустичних хвиль можна вимірювати також температуру привідного вала 7. Завдяки цьому забезпечується можливість коригування виміряних значень обертального моменту із урахуванням коефіцієнта, який залежить від температури. Це дозволяє одержувати точніші значення, а разом із цим підвищити надійність контролю перемикань навантаження. Позиційні позначення 1 Моторний привід 2 Силовий редуктор 3 Привідний двигун 4 Регулюючий привід 5 Привідний вал 6 Привідний диск 7 Привідний вал 8 Привідний диск 9 Пас 10 Корпус 11 Радіоопитуваний датчик поверхневих акустичних хвиль 12 Роторна секція антени 13 Статорна секція антени ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Моторний привід (1) для приведення в дію ступеневого перемикача, причому він містить привідний двигун (3), виконаний з можливістю приведення в дію силового редуктора (2) і керуючого приводу (4), причому силовий редуктор (2) містить перший привідний вал (5), оснащений механічно сполученим із ним першим привідним диском (6), який сполучений з привідним двигуном (3), і другий привідний вал (7), оснащений сполученим із ним другим привідним диском (8), який сполучений зі ступеневим перемикачем системою привідних штанг і регулюючим приводом (4), причому привідні диски (6, 8) сполучені між собою пасом (9) і причому силовий редуктор (2) містить корпус (10), який відрізняється тим, що передбачені засоби для реєстрації обертального моменту, які охоплюють принаймні один радіоопитуваний датчик (11) поверхневих акустичних хвиль, роторну секцію (12) антени і статорну секцію (13) антени, причому принаймні один радіоопитуваний датчик (11) поверхневих акустичних хвиль закріплений на другому привідному валу (7), а також тим, що електропровідно сполучена з принаймні одним радіоопитуваним датчиком (11) поверхневих акустичних хвиль роторна секція (12) антени закріплена на другому привідному валу (7), 3 UA 111220 C2 5 10 15 а також тим, що статорна секція (13) антени, орієнтована в аксіальному напрямку відносно роторної секції (12) антени і встановлена на певній відстані від неї, нерухомо закріплена в корпусі (10), а також тим, що засоби для реєстрації обертального моменту розміщені в корпусі (10). 2. Моторний привід (1) для приведення в дію ступеневого перемикача за пунктом 1, який відрізняється тим, що статорна секція (13) антени в радіальному напрямку виконана в формі диска і встановлена в аксіальному напрямку на певній відстані відносно роторної секції (12). 3. Моторний привід (1) для приведення в дію ступеневого перемикача за пунктами 1, 2, який відрізняється тим, що силовий редуктор (2) виконаний у формі конічного зубчатого редуктора, шнекового редуктора або зубчатого редуктора. 4. Моторний привід (1) для приведення в дію ступеневого перемикача за пунктами 1-3, який відрізняється тим, що містить засоби для утворення між статорною секцією (13) антени та роторною секцією (12) антени і радіоопитуваним датчиком (11) поверхневих акустичних хвиль електромагнітного каналу для безконтактної передачі енергії та даних. 5. Моторний привід (1) для приведення в дію ступеневого перемикача за будь-яким із пунктів 14, який відрізняється тим, що принаймні один радіоопитуваний датчик (11) поверхневих акустичних хвиль додатково виконаний із можливістю вимірювання температури. 4 UA 111220 C2 5 UA 111220 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6