WO2005050684A1 - Induktionsantrieb für einen trenn- und/oder erdungsschalter - Google Patents

Induktionsantrieb für einen trenn- und/oder erdungsschalter Download PDF

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WO2005050684A1
WO2005050684A1 PCT/EP2004/013002 EP2004013002W WO2005050684A1 WO 2005050684 A1 WO2005050684 A1 WO 2005050684A1 EP 2004013002 W EP2004013002 W EP 2004013002W WO 2005050684 A1 WO2005050684 A1 WO 2005050684A1
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drive
induction
rotor
housing
drive according
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Wolfgang Waldi
Kuno Hug
Thomas Betz
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Abb Technology Ag
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/26—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using dynamo-electric motor
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    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
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    • H01H3/227—Interlocked hand- and power-operating mechanisms
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    • H01H33/02—Details
    • H01H33/28—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H33/36—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using dynamo-electric motor

Definitions

  • the invention relates to an induction drive for an isolating and / or earthing holder according to the preamble of claim 1.
  • the invention can be used, for example, with combined high-voltage isolating and earthing switches.
  • a drive device for an electrical isolating switch which has a rotatably mounted spindle which is coupled in terms of drive to the movable contact piece of the isolating switch, so that the movable contact piece is actuated when the spindle is rotated.
  • a gearwheel is attached to the spindle, which meshes with a toothed drive coupled to an electromotive drive for its rotation and thus for actuating the movable contact piece.
  • the spindle can also be turned with a hand crank.
  • the gearwheel can be displaced between two positions on the spindle by the hand crank, whereby it meshes with the toothed drive in the first position and is free from the toothed drive in the second position .
  • Controllable locking elements are provided between the hand crank and the spindle.
  • DE 41 42 548 C2 discloses a drive for a disconnector with a drive shaft that can be driven by a motor or by hand and acts on the switch, a worm gear designed to transmit force from the motor to the drive shaft being provided.
  • a drive for the movable contact piece of an isolating earthing switch is known, the contact piece drive shaft having a " Two drive disks provided with a V-shaped radial slot are coupled. Two drive elements which can be displaced in parallel and linearly are provided, each engaging in one of the slots and pivoting the drive disk from the central position into the first and second positions.
  • the drive elements can be moved through be formed on threaded spindles, each driven by a motor, with a bolt projection which engages in the associated slot.
  • a combined disconnector and earthing switch for high voltage is known from DE 38 02 394 A1, a drive device with a threaded spindle, a traveling nut and a motor moving a shifting rod which can be displaced in the longitudinal direction upwards and downwards.
  • the invention has for its object to provide an induction drive for an isolating and / or earthing switch in an optimized design.
  • the induction motor used is a standard motor, which has considerable cost advantages. Since the rotor shaft of the motor and the insulating shaft for the switching device are directly connected to one another as a result of the use of a torque motor, direct and very precise positioning is possible. There is no need for a transmission between the input and output, so that there is a high degree of efficiency and considerable cost advantages. Since the torque motor is provided with permanent magnets, this results in a magnetic locking of the set switching position even without further auxiliary measures. Overall, the secondary technical requirements can be output directly via the positional control of the concentric induction drive, so that no secondary technology module is actually required. Only the electronic components are appropriately combined in a secondary technology. Further advantages are evident from the description below " .
  • FIG. 1 shows a view of a direct drive with a concentric induction drive
  • Fig. 2 shows a side section through a direct drive with a concentric induction drive.
  • a direct drive with a concentric induction drive provided for driving a switching device.
  • the direct drive is used to drive a disconnector and / or earthing switch.
  • a complete drive unit 2 consisting of a direct drive 3 and a secondary technology 4 can be seen, the drive housing of the direct drive and the secondary technology 4 being connected to one another via an interface 14.
  • a position indicator 9 for displaying the current position of the disconnector and / or earthing switch can be provided either on the direct drive 3 or on the secondary technology 4.
  • the secondary technology 4 expediently contains the control and monitoring technology and the control / regulating / control electronics. If necessary, the drive unit 2 can be actuated with a manual drive 5.
  • the secondary technology 4 has a connector 16 for connection to a higher-level control system.
  • the central structural component of the direct drive 3 is a torque motor (torque motor) 7 of ring-shaped geometry as a concentric induction drive with a stator winding 18, a rotor 19 with a rotor shaft 20 and permanent magnets 21 attached to the rotor 19.
  • torque motor torque motor
  • the torque motor 7 advantageously generates large torques at very low speeds, so that gear transmission elements can be completely eliminated.
  • the Torque motor 7 has very good control properties, is compact, robust, maintenance-free, wear-free, free of play, quiet and inexpensive.
  • the torque that can be generated depends on the diameter and length of the motor.
  • the appropriate torque motor (standard motor) is determined and used according to the requirements of the switching device, such as in particular the stroke, torque and self-holding force.
  • a corresponding, precise “electronic adaptation” of the motor values of the concentric induction drive to these requirements of the switching device can take place via the control of the stator winding 18.
  • the torque motor 7 has a drive housing 13 which is fastened to the wall of the switching chamber housing 1 of the disconnector and / or earthing switch via a flange 17.
  • the drive housing 13 is provided with a cover 15 which has openings for the rotor shaft 20 for realizing the position indicator 9 and the manual drive 5.
  • the rotor shaft 20 is guided through the wall of the switching chamber housing 1 into the interior of the switching chamber housing 1, wherein a bearing 11 enables the desired low-wear and low-friction rotary movements of the rotor shaft 20.
  • the rotor shaft 20 is connected to an insulating shaft (drive shaft) 12 which serves to actuate the electrical contacting elements of the disconnector and / or earthing switch located in the switching chamber housing 1 and realizes the necessary electrical isolation.
  • the further end of the rotor shaft 20 breaks through the cover 15 and actuates the position indicator 9.
  • the rotor 19 has a gear 6 consisting of an internally toothed ring gear and a gear, the gear being connected via an axis to a first bevel gear of an angular gear 10.
  • the second bevel gear of this angular gear 10 is via an axis and.
  • an overload clutch 8 is connected to the above-mentioned manual drive 5 accessible outside the drive housing 13.

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  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

Es wird ein Induktionsantrieb für einen Trenn- und/oder Erdungsschalter vorgeschlagen, dessen in einem Schaltkammergehäuse (1) angeordnete Kontaktierungselemente über eine Isolierwelle (12) antreibbar sind, wobei die Isolierwelle (12) direkt mit einer Rotorwelle (20) eines Torquemotors (7) verbunden ist, dessen Rotor (19) mit Permanentmagneten (21) versehen ist und dessen Ständerwicklung (18) am Antriebsgehäuse (13) befestigt ist, welches mit dem Schaltkammergehäuse (1) verbunden ist.

Description

Induktionsantrieb für einen Trenn- und/oder Erdunαsschalter
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Induktionsantrieb für einen Trenn- und/oder Erdungssehalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung kann beispielsweise bei kombinierten Hochspannungs-Trenn- und Erdungsschaltern verwendet werden.
Aus der DE 36 08 481 A1 ist eine Antriebsvorrichtung für einen elektrischen Trennschalter bekannt, welche eine drehbar gelagerte Spindel besitzt, die mit dem beweglichen Schaltstück des Trennschalters antriebsmäßig gekuppelt ist, so daß das bewegliche Schaltstück bei Verdrehen der Spindel betätigt wird. An der Spindel ist ein Zahnrad angebracht, das mit einem mit einem elektromotorischen Antrieb gekoppelten Zahnantrieb zu ihrer Verdrehung und damit zur Betätigung des beweglichen Schaltstückes kämmt. Die Spindel ist zusätzlich auch mit einer Handkurbel verdrehbar. Zur Vereinfachung dieses Handbetriebs und zur Sicherstellung der Kopplung des Zahnrades mit dem Zahnantrieb bei gezogener Handkurbel ist das Zahnrad zwischen zwei Stellungen auf der Spindel von der Handkurbel verschiebbar, wobei es in der ersten Stellung mit dem Zahnantrieb kämmt und in der zweiten Stellung vom Zahnantrieb frei ist. Zwischen der Handkurbel und der Spindel sind steuerbare Verriegelungselemente vorgesehen.
Aus der DE 41 42 548 C2 ist ein Antrieb für einen Trennschalter mit einer von einem Motor oder von Hand antreibbaren und auf den Schalter wirkenden Antriebswelle bekannt, wobei ein als Schneckengetriebe ausgebildetes, Kraft vom Motor auf die Antriebswelle übertragendes Zahnradgetriebe vorgesehen ist.
Aus der DE 195 34 392 AS1 ist ein Antrieb für das bewegliche Kontaktstück eines Trenn-Erdungsschalters bekannt, wobei die Kontaktstück-Antriebswelle mit einer mit "zwei eine V-Förm bildenden radialen Schlitzen versehenen Antriebsscheibe gekuppelt ist. Es sind zwei parallel zueinander und linear verschiebbare Antriebselemente vorgesehen, die jeweils in einen der Schlitze eingreifen und die Antriebsscheibe aus mittiger Stellung in die erste und zweite Stellung verschwenken. Die Antriebselemente können durch auf von je einem Motor angetriebenen Gewindespindeln geschraubte Rollenmitnehmer mit einem Bolzenvorsprung gebildet sein, welcher jeweils in den zugehörigen Schlitz eingreift.
Aus der DE 38 02 394 A1 ist ein kombinierter Trenn- und Erdungsschalter für Hochspannung bekannt, wobei eine Antriebsvorrichtung mit einer Gewindespindel, einer Wandermutter und einem Motor eine in Längsrichtung verschiebbare Schaltstange aufwärts und abwärts bewegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Induktionsantrieb für einen Trenn- und/oder Erdungsschalter in optimierter Ausführung anzugeben.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß es sich beim eingesetzten Induktionsmotor um einen Standardmotor handelt, was beträchtliche Kostenvorteile hat. Da infolge Verwendung eines Torquemotors die Rotorwelle des Motors und die isolierwelle für das Schaltgerät direkt miteinander verbunden sind, ist eine direkte und sehr genaue Positionierung möglich. Es ist kein Getriebe zwischen Antrieb und Abtrieb erforderlich, so daß sich ein hoher Wirkungsgrad und beträchtliche Kostenvorteile ergeben. Da der Torquemotor mit Permanentmagneten versehen ist, ergibt sich hierdurch auch ohne weitere Hilfsmaßnahmen eine magnetische Verriegelung der eingestellten Schaltposition. Insgesamt können die sekundärtechnischen Anforderungen direkt über die positionsgetreue Steuerung des konzentrischen Induktionsantriebes ausgegeben werden, so daß kein Sekundärtechnik- Modul im eigentlichen Sinn erforderlich ist. Lediglich die Elektronik-Komponenten werden zweckmäßig in einer Sekundärtechnik zusammengefaßt. Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich".
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
Fig.1 eine Sicht auf einen Direktantrieb mit konzentrischem Induktionsantrieb,
Fig. 2 einen seitlichen Schnitt durch einen Direktantrieb mit konzentrischem Induktionsantrieb.
In Fig. 1 ist eine Sicht auf einen zum Antrieb eines Schaltgerätes vorgesehenen Direktantrieb mit konzentrischem Induktionsantrieb dargestellt. Der Direktantrieb dient zum Antrieb eines Trenn- und/oder Erdungsschalters. Es ist eine komplette Antriebseinheit 2, bestehend aus einem Direktantrieb 3 und einer Sekundärtechnik 4 zu erkennen, wobei das Antriebsgehäuse des Direktantriebes und die Sekundärtechnik 4 über eine Schnittstelle 14 miteinander verbunden sind. Eine Steliungsanzeige 9 zur Anzeige der aktuellen Stellung des Trenn- und/oder Erdungsschalters kann entweder am Direktantrieb 3 oder an der Sekundärtechnik 4 vorgesehen sein. Die Sekundärtechnik 4 enthält zweckmäßig die Steuerungs- und Überwachungstechnik sowie die Leit-/Regel-/Steuerelektronik. Bedarfsweise kann eine Betätigung der Antriebseinheit 2 mit einem Handantrieb 5 erfolgen. Die Sekundärtechnik 4 weist einen Verbindungsstecker 16 für den Anschluß an eine übergeordnete Leittechnik auf.
In Fig. 2 ist ein seitlicher Schnitt durch einen Direktantrieb mit konzentrischem Induktionsantrieb dargestellt. Zentrale Baukomponente des Direktantriebes 3. ist ein Torquemotor (Drehmomentmotor) 7 ringförmiger Geometrie als konzentrischer Induktionsantrieb mit Ständerwicklung 18, Rotor 19 mit Rotorwelle 20 und am Rotor 19 befestigten Permanenentmagneten 21.
Vorteilhaft erzeugt der Torquemotor 7 große Drehmomente bei sehr kleinen Drehzahlen, so daß Getriebe-Übersetzungsglieder vollständig entfallen können. Der -Torquemotor 7 weist sehr gute Regeleigenschaften auf, ist kompakt aufgebaut, robust, wartungsfrei, verschleißfrei, spielfrei, geräuscharm und preiswert. Das erzeugbare Drehmoment richtet sich nach dem Durchmesser und der Länge des Motors. Entsprechend den Anforderungen des Schaltgerätes, wie insbesondere Hub, Drehmoment und Selbsthaltekraft, wird der geeignete Torquemotor (Standardmotor) ermittelt und eingesetzt. Über die Ansteuerung der Ständerwicklung 18 kann eine entsprechende präzise „elektronische Anpassung" der Motorwerte des konzentrischen Induktionsantriebes an diese Anforderungen des Schaltgerätes erfolgen.
Der Torquemotor 7 weist ein Antriebsgehäuse 13 auf, welches über einen Flansch 17 an der Wandung des Schaltkammergehäuses 1 des Trenn- und/öder Erdungsschalters befestigt ist. Das Antriebsgehäuse 13 ist mit einer Abdeckung 15 versehen, welche Durchbrüche für die Rotorwelle 20 zur Realisierung der Stellungsanzeige 9 und des Handantriebes 5 aufweist.
Die Rotorwelle 20 wird durch die Wandung des Schaltkammergehäuses 1 in den Innenraum des Schaltkammergehäuses 1 geführt, wobei eine Lagerung 11 die gewünschten verschleiß- und reibungsarme Drehbewegungen der Rotorwelle 20 ermöglicht. Im Innenraum des Schaltkammergehäuses 1 ist die Rotorwelle 20 mit einer Isolierwelle (Antriebswelle) 12 verbunden, welche zur Betätigung der elektrischen Kontaktierungselemente des im Schaltkammergehause 1 befindlichen Trenn- und/oder Erdungsschalters dient und die erforderliche Potentialtrennung realisiert. Das weitere Ende der Rotorwelle 20 durchbricht die Abdeckung 15 und betätigt die Stellungsanzeige 9.
Für die Realisierung des Handantriebes weist der Rotor 19 ein aus einem innenverzahnten Zahnkranz und einem Zahnrad bestehendes Getriebe 6 auf, wobei das Zahnrad über eine Achse mit einem ersten Kegelrad eines Winkelgetriebes 10 verbunden ist. Das zweite Kegelrad dieses Winkelgetriebes 10 ist über eine Achse und . eine Überlastkupplung 8 mit dem vorstehend erwähnten, außerhalb des Antriebsgehäuses 13 zugänglichen Handantrieb 5 verbunden. Auch wenn im Ausführungsbeispiel der Antrieb für einen Trenn- und Erdungsschalter verwendet wird, ist es in gleicher Art und Weise möglich, den Antrieb auch für einen Trennschalter oder für einen Erdungsschalter einzusetzen.
Bezugszeichenliste:
1 Schaltkammergehause 2 Antriebseinheit 3 Direktantrieb 4 Sekundärtechnik 5 Handantrieb 6 Getriebe mit Zahnkranz (innenverzahnt) und Zahnrad 7 Torquemotor 8 Überlastkupplung 9 Steliungsanzeige 10 Winkelgetriebe (Abgang zu Handantrieb) 11 Lagerung 12 Isolierwelle 13 Antriebsgehäuse 14 Schnittstelle Antriebsgehäuse und Sekundärtechnik 15 Abdeckung 16 Verbindungsstecker 17 Flansch 18 Ständerwicklung 19 Rotor 20 Rotorwelle 21 Permanentmagnete

Claims

Patentansprüche
1. Induktionsantrieb für einen Trenn- und/oder Erdungsschalter, dessen in einem Schaltkammergehause (1) angeordnete Kontaktierungselemente über eine Isolierwelle (12) antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierwelle (12) direkt mit einer Rotorwelle (20) eines Torquemotors (7) verbunden ist, dessen Rotor (19) mit Permanentmagneten (21) versehen ist und dessen 'Ständerwicklung (18) am Antriebsgehäuse (13) befestigt ist, welches mit dem Schaltkammergehause (1) verbunden ist.
2. Induktionsantrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltkammergehause (1) eine Lagerung (11) für die Rotorwelle (20) aufweist.
3. Induktionsantrieb nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsgehäuse (13) einen Flansch (17) zur Montage am Schaltkammergehause (1) aufweist.
4. Induktionsantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsgehäuse (13) mit einer Abdeckung (15) versehen ist.
5. Induktionsantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle (20) die Abdeckung (15) durchbricht und eine Stellungsanzeige (9) betätigt.
6. Induktionsantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Handantrieb (5) über ein Winkelgetriebe (10) und ein weiteres Getriebe (6) auf den Rotor (19) des Torquemotors (7) einwirkt.
7. Induktionsantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (19) einen innenverzahnten Zahnkranz zur Bildung des weiteren Getriebes (6) aufweist.
8. Induktionsantrieb nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Handantrieb (5) mit einer Überlastkupplung (8.) versehen ist.
9. Induktionsantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Torquemotor (7) Teil eines Direktantriebes (3) ist, welcher über eine Schnittstelle (14) mit einer Sekundärtechnik (4) verbunden ist.
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