MX2008012639A

MX2008012639A - Actuador electromagnetico, particularmente para un conmutador de tension media.

Info

Publication number: MX2008012639A
Application number: MX2008012639A
Authority: MX
Inventors: Christian Reuber
Original assignee: Abb Technology Ag
Priority date: 2006-04-05
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2008-11-27
Also published as: HK1131254A1; CN101410923B; US9190234B2; EP1843375A1; US20090039989A1; ES2369372T3; AU2007233934B2; BRPI0710042A2; RU2008143300A; EP2005456A1; UA93899C2; ATE515785T1; BRPI0710042B1; RU2410783C2; PL1843375T3; CN101410923A; EP1843375B1; AU2007233934A1; WO2007113006A1

Abstract

La invención se refiere a un actuador electromagnético, en particular para un conmutador de tensión media, que tiene un núcleo al que está fijada una bobina, y con un yugo móvil, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 de la patente, y a un procedimiento para la producción de un actuador de este tipo, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 15 de la patente. Con el fin de desarrollar adicionalmente en este caso un actuador electromagnético, en particular para su uso ventajoso en un conmutador de tensión media, de tal manera que se consiga una forma física compacta con una fuerza alta de actuador al mismo tiempo, la invención propone que el circuito magnético del actuador tenga un núcleo magnético con un perfil rectangular, y un yugo redondo que corresponde al circuito magnético.

Description

ACTUADOR ELECTROMAGNETICO, PARTICULARMENTE PARA UN CONMUTADOR DE TENSION MEDIA DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un actuador electromagnético, en particular para un conmutador de tensión media, con un núcleo impulsado con una bobina así como con un yugo móvil, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 de la patente, así como a un procedimiento para la producción de un actuador de este tipo, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 15 de la patente. Los actuadores electromagnéticos de este tipo se emplean de múltiples maneras. Además de la aplicación en conmutadores de tensión media como activación controlada de los contactos móviles, tales actuadores se emplean también en máquinas y en conmutadores . Los electroimanes de una y dos bobinas pertenecen al estado de la técnica en el caso del accionamiento electromagnético de conmutadores de potencia a vacío de tensión media. El electroimán tiene, como ya se ha mencionado anteriormente, la función de mover el contacto móvil de la cámara de vacío durante la conexión sobre el contacto fijo y tensar un muelle de compresión de contacto en una carrera excesiva . Para iniciar el movimiento, se alimenta con corriente la REF. : 196892 bobina del electroimán. La posición conectada es retenida entonces con la ayuda de uno o varios imanes permanentes contra la fuerza del muelle de compresión de contacto. Entonces no es necesaria ya corriente en la bobina utilizada como bobina de conexión. Para la desconexión del conmutador se alimenta corriente a una bobina de desconexión en el caso de un actuador de dos bobinas, que debilita la fuerza de retención de los imanes permanentes en primer lugar hasta el punto de que no se puede retener ya el muelle de compresión de contacto y se abre el contacto móvil. En el desarrollo posterior del movimiento de desconexión se puede generar una fuerza de apertura a través de la bobina de desconexión. En el caso de un electroimán de una bobina, solamente se puede iniciar esencialmente la desconexión a través de la bobina. El desarrollo posterior de la desconexión se determina entonces a través del muelle de compresión de contacto así como a través de un resorte de desconexión separado. Los actuadores de una bobina existentes están constituidos con frecuencia simétricos rotatorios. Esto impide una adaptación sencilla a otra corriente de cortocircuito de diseño, puesto que para una modificación del área del intersticio de aire debe seleccionarse otro diámetro. De esta manera, todas las piezas solamente se pueden utilizar en cada caso para un tamaño de construcción.

Por lo tanto, la invención tiene el cometido de desarrollar un actuador electromagnético del tipo mencionado al principio, en particular para una utilización ventajosa en un conmutador de tensión media, con la intención de conseguir una forma de construcción compacta con una fuerza del actuador al mismo tiempo alta. En un actuador del tipo indicado al principio, el cometido se soluciona de acuerdo con la invención a través de los rasgos característicos de la reivindicación 1 de la patente . Otras configuraciones ventajosas se representan en las reivindicaciones dependientes . El núcleo de la invención es en este caso que este núcleo rectangular se combina con un yugo redondo, es decir, simétrico rotatorio. La ventaja, en comparación con un yuyo rectangular, consiste en primer lugar en que el yugo simétrico rotatorio no debe estar asegurado contra giro - cumple su función de la misma manera en cualquier posición. Esto es particularmente importante en el caso de empleo en conmutadores de tensión media . De esta manera, se consigue una combinación de un núcleo magnético, que es rectangular, y que presenta una anchura fija y una profundidad variable. Puesto que el núcleo se constituye a partir de chapas en capas, se puede ajusfar la profundidad a través del número de las chapas. Se pueden adoptar fijaciones laterales, cojinetes y eje. Solamente los imanes permanentes y los cuerpos de las bobinas se pueden adaptar a través de una variante longitudinal al tamaño de construcción del núcleo. En comparación con un actuador de dos bobinas, la presente invención presenta - como también los actuadores de una bobina existentes - las ventajas de un tamaño de construcción reducido así como de un peso reducido. Esto se debe particularmente a que solamente se necesitan una bobina y solamente un circuito magnético. En comparación con los actuadores de una bobina existentes, la presente invención posibilita una adaptación sencilla del tamaño del imán a las corrientes de cortocircuito de diseño que deben dominarse por los conmutadores de potencia de tensión media en el retículo 12,5 - 16 - 20 - 25 - 31, 5 - 40 y 50 kA. En este caso es necesario en primer lugar modificar la fuerza de retención del actuador a través de la modificación del área del intersticio de aire. Otra ventaja de acuerdo con la invención consiste en que el yugo se puede girar sobre el eje en una rosca, para poder ajustar de esta manera sin escalonamiento la carrera del actuador magnético. También aquí sirve la ventaja de la utilización de un actuador individual para una pluralidad de aplicaciones, que se diferencian por una carrera de conmutación diferente.

Se puede realizar un aparato particularmente compacto cuando el accionamiento se dispone directamente debajo del polo de conmutación a accionar, prescindiendo de palancas y desviaciones. El acoplamiento directo favorece la calidad de la curva característica del trayecto / tiempo, que entonces está libre de influencias perturbadoras de las rigideces del resorte y del aflojamiento de un sistema de accionamiento complicado . No obstante, también puede plantearse al accionamiento el requerimiento de adaptarse a construcciones existentes. Entonces es posible también conectar un actuador magnético, por ejemplo, a través de un sistema de palanca con varios polos de conexión a accionar y accionarlos de esta manera al mismo tiempo. Las ventajas residen aquí en la posibilidad de poder influir de una manera selectiva a través de la relación de palanca entre fuerza y carrera. Además, es característica de la presente invención la utilización de una densidad de fuerza grande. En un espacio de construcción predeterminado, particularmente en una zona delimitada en el intersticio de aire magnético, se podrían conseguir fuerzas magnéticas máximas, 1) no delimitando la superficie de los imanes permanentes a través de la superficie predeterminada del intersticio de aire y 2) concentrando adicionalmente el flujo magnético directamente en el intersticio de aire. En una configuración ventajosa, está previsto que el actuador esté colocado libre de palancas y de desviaciones directamente debajo de la cámara de conmutación de vacío de un conmutador de tensión media y actúe directamente sobre la varilla de contacto. De esta manera, se consigue una actuación buena y rápida de la fuerza. En una configuración ventajosa, está previsto que el actuador conecte al mismo tiempo varias cámaras de conmutación a través de elementos de acoplamiento. Además, se concibe de una manera ventajosa que el actuador accione la cámara de conmutación o bien las cámaras de conmutación a través de elementos de palanca. Esto es necesario en determinadas formas de construcción de conmutadores. Esto también es posible a través de las fuerzas de activación altas conseguidas de una manera ventajosa. En otra configuración ventajosa se indica que a través de una modificación de la construcción geométrica del yugo sobre el eje de activación es variable la carrera. En otra configuración ventajosa se indica que los imanes permanentes están insertados en el núcleo magnético, cuya dirección de magnetización se encuentra en la mayor medida posible en paralelo al plano del intersticio de aire. En este caso, se adapta el circuito magnético en cuanto a la construcción de tal forma que existe una inducción magnética de más de 2 Tesla en el intersticio de aire. En una configuración ventajosa se indica que el yugo está fijado sobre un eje de activación, que se extiende centrado sobre un lado de forma desplazable a través del núcleo magnético, y está conectado sobre el otro lado con la varilla de activación del contacto a conmutar. De esta manera se consigue una forma de construcción, que lleva a cabo una articulación directa compacta para la activación de las piezas de contacto. A través de otra configuración, en la que el lado del eje de activación, que se extiende a través del núcleo magnético, se proyecta en el extremo inferior desde el núcleo del imán y se conecta allí con un segundo yugo más pequeño en la dimensión lateral, se consigue de esta manera que se genere una fuerza de retención en la posición desconectada. A través de la forma de construcción propuesta en otra configuración, en la que el yugo inferior y el yugo superior están dispuestos distanciados entre sí en una posición de referencia fija sobre el eje de activación, de tal manera que cuando el yugo superior se eleva en la carrera teórica del núcleo magnético, el yugo inferior de apoya desde abajo en el núcleo magnético, resulta por decirlo así un bloqueo de la posición desconectada de la pieza de contacto. Para amortiguar, en general, el movimiento en el tope g final, entre el yugo inferior y el lado inferior del yugo magnético está dispuesta una base de amortiguación. Para el apoyo de la desconexión, puede estar previsto al menos un resorte que actúa sobre el eje de actuación, pudiendo ser este resorte con preferencia una lámina de resorte. A través de la estructura del núcleo magnético de chapas de hierro, se reducen una medida suficiente las corrientes parásitas inducidas por modifica iones del flujo. También s ¡s puede prescindir de la adición de silicio en el hierro. En general, se indica también un procedimiento para la producción de una pluralidad de actuadores electromagnéticos diferentes del tipo de construcción de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 14, que se fabrican en una producción en serie, variándose solamente la profundidad del núcleo magnético rectangular y el diámetro del yugo redondo. De esta manera se obtiene una fabricación en serie sencilla también teniendo en cuenta diferentes tamaños. La invención se representa en el dibujo y se explica en detalle a continuación. En este caso: La figura 1 muestra una vista en perspectiva sobre un actuador magnético con yugo redondo. La figura 2 muestra una representación de las lineas de flujo .

La figura 1 muestra una vista en perspectiva sobre un actuador, con un electroimán 1 con una bobina 5, un núcleo magnético 2 rectangular y un yugo redondo 3. El yugo está fijado en este caso sobre un eje de activación 4, que se extiende centrado de forma móvil axialmente a través del núcleo magnético 2. La figura 2 muestra una representación de las lineas de flujo de este actuador electromagnético. El núcleo magnetice 2 muestra el desarrollo de las lineas de flujo cuando el sistema está cerrado, es decir, cuando el yugo redondo 3 se apoya sobre el núcleo magnético 2. Dentro del núcleo magnético están integrados unos imanes permanentes 6, cuya dirección de la magnetización está en paralelo al plano del intersticio de aire . El eje de activación no se representa en este caso, pero sobre el mismo se mantienen distanciados entre sí el yugo redondo 2 y el yugo inferior 7 más pequeño de esta manera funcional, como se ha descrito ya anteriormente. Entre el yugo pequeño 7 y el núcleo magnético 2 puede estar dispuesta una base de amortiguación 8. Por lo tanto, el actuador puede estar dispuesto dentro de un aparato de conmutación. El eje de activación del actuador está conectado en este caso con el contacto móvil de una cámara de conmutación a vacío y actúa sobre ésta con efecto de conmutación correspondiente. Esta conexión puede ser lineal, pero también puede estar articulada a través de palancas. En general, se obtienen todavía las siguientes relaciones . Los materiales magnéticos permanentes que están disponibles técnicamente con alta energía magnética (por ejemplo, NdFeB, SmCo) presentan inducciones remanentes en el intervalo de 1 a 1,4 T. Esto es claramente menor que lo que se puede guiar en el núcleo de hierro con perdidas magnéticas tolerables. Por lo tanto, de acuerdo con la invención se montan los imanes permanentes con una polaridad horizontal. Si el flujo pasa entonces en el brazo en la dirección horizontal, se concentra allí. Con una anchura predeterminada del brazo se puede generar de esta manera un flujo mayor que en una disposición de los imanes permanentes en el brazo y con polarización vertical. Tiene lugar una concentración adicional del flujo magnético en la transición desde el brazo hacia el yugo pasando por el intersticio de aire. Para el incremento al máximo de la fuerza de retención, se diseña el presente actuador de tal forma que se consigue una inducción magnética sobre 2 T. Si los imanes permanentes están montados, como se muestra aquí, de tal forma que sus extremos son visibles en el lado inferior del imán y, además, forman una superficie lisa con los extremos inferiores del círculo de hierro, se puede generar a través de un segundo yugo más pequeño una segunda fuerza de retención menor en la posición desconectada del imán. Esto sirve para el bloqueo de la posición desconectada del contacto móvil de la cámara de vacío, que está protegida de esta manera contra conexión involuntaria, por ejemplo a través de vibración. Entre el núcleo del actuador magnético y el segundo yugo puede estar insertada una base de amortiguación, que amortigua el tope mecánico del segundo yugo sobre el núcleo en el caso de una desconexión. Esto sirve tanto para evitar oscilaciones en el tope como también para una duración de vida útil más prolongada de todo el aparato de conmutación. Aquí se utilizan para el núcleo magnético chapas de hierro con un porcentaje reducido de silicio, con el fin de reducir corrientes parásitas inducidas a través de modificaciones del flujo. No obstante, la utilización de silicio reduce la capacidad de polarización magnética del material. Para conseguir fuerzas máximas, se pueden utilizar, en el presente actuador magnético, chapas de hierro sin adición de silicio. Si se quiere variar la profundidad del núcleo magnético, para realizar, como se ha descrito anteriormente, diferentes espesores del imán, se puede colocar el resorte de desconexión no en el centro del imán, puesto que esto representaría una perturbación de la simetría magnética, que solamente se puede compensar para un tamaño de construcción, sino que, en su lugar, está previsto colocar el resorte de desconexión fuera del imán. Además, se propone un resorte de lámina que se fija debajo del actuador y que se apoya lateralmente en la carcasa del aparato de conmutación. Las ventajas consisten aquí -además de la construcción muy sencilla - en un número reducido de partes, costes reducidos y la posibilidad de poner ajustar la fuerza del resorte a través de la anchura de una placa de presión . Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Actuador electromagnético, en particular para un conmutador de tensión media, con un núcleo magnético impulsado con una bobina, así como con un yugo móvil, caracterizado porque el circuito magnetice del actuador presenta un núcleo magnético que se extiende de forma rectangular, y que presenta un yugo redondo que corresponde con el circuito magnético.
2. Actuador electromagnético de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el actuador está colocado libre de palanca y libre de desviación directamente debajo de la cámara de conmutación a vacío de un conmutador de tensión media y actúa directamente sobre la varilla de contacto .
3. Actuador electromagnético de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el actuador conecta al mismo tiempo varias cámaras de conmutación a través de elementos de acoplamiento.
4. Actuador electromagnético de conformidad con la reivindicación 1 ó 3, caracterizado porque el actuador acciona la cámara de conmutación o bien las cámaras de conmutación a través de elementos de palanca.
5. Actuador electromagnético de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque a través de una disposición desplazada del yugo (3) sobre el eje de activación (4) se puede modificar la carrera.
6. Actuador electromagnético de conformidad con la '5 reivindicación 1, caracterizado porque unos imanes permanentes (6) están insertados en el núcleo magnético (2), cuya dirección de magnetización se encuentra en la mayor medida posible en paralelo al plano del i.tei st. H o de aire.
7. Actuador electromagnético de conformidad con la 0 reivindicación 1, caracterizado porque el circuito magnético está adaptado en cuanto a la construcción de tal forma que existe una inducción magnética mayor de 2 Tesla en el intersticio de aire.
8. Actuador electromagnético de conformidad con 5 cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el yugo está fijado sobre un eje de activación, que se extiende centrado sobre un lado de forma desplazable a través del núcleo magnético, y está conectado sobre el otro lado con la varilla de activación del contacto a conmutar. 0
9. Actuador electromagnético de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el lado del eje -de activación (4), que se extiende a través del núcleo magnético (2), se proyecta en el extremo inferior desde el núcleo del imán y se conecta allí con un segundo yugo (8) más pequeño en 5 la dimensión lateral.
10. Actuador electromagnético de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el yugo inferior (8) y el yugo superior (3) están dispuestos distanciados entre sí en una posición de referencia fija sobre el eje de activación (4) , de tal manera que cuando el yugo superior se eleva en la carrera teórica del núcleo magnético, el yugo inferior de apoya desde abajo en el núcleo magnético.
11. Actuador electromag ético de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque entre el yugo inferior y el lado inferior del núcleo magnético está dispuesta una base de amortiguación.
12. Actuador electromagnético de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque para el apoyo de la desconexión está previsto al menos un resorte que actúa sobre el eje de activación.
13. Actuador electromagnético de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el resorte es una lámina de resorte.
14. Actuador electromagnético de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el núcleo magnético está constituido de chapas de hierro, que no contienen adición de silicio.
15. Procedimiento para la producción de un actuador electromagnético conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque se producen una pluralidad de actuadores electromagnéticos diferentes en un tipo de construcción en serie, variándose solamente la profundidad del núcleo magnético rectangular y el diámetro del yugo redondo .