Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ приводов масляных выключателей и их характеристик 7
1.1 Устройство и принцип работы выключателей 11
1.2 Классификация приводов 14
1.3 Основные элементы привода 19
1.4 Общие конструктивные требования к приводам 22
1.5 Электромагнитные приводы 26
1.5.1 Конструкции электромагнитных приводов 28
1.5.2 Электромагнитный привод на переменном токе 42
1.5.3 Привод на основе плоского ЛАД 45
1.5.4 Привод выключателя на основе вращающегося асинхронного двигателя 48
1.5.5 Привод на основе цилиндрического линейного асинхронного двигателя 50
Выводы по главе и задачи работы 52
2 Расчет характеристик линейных асинхронных дви гагелей 55
2.1 Анализ методик расчета характеристик ЛАД 55
2.2 Методика на одномерной теории 56
2.3 Методика на основе двухмерной теории 58
2.4 Методика на основе трехмерной модели 59
2.5 Математическая модель цилиндрического асинхронного двигате-ля на основе схемы замещения 65
Выводы по главе 94
3 Расчетно-теоретические исследования 95
3.1 Общие положения и решаемые задачи (постановка задачи) 95
3.2. Исследуемые показатели и параметры 96
Выводы по главе 105
4 Экспериментальные исследования 106
4.1 Определение инерционного сопротивления системы ВМ-привод 106
4.2 Определение характеристик упругих элементов ПО
4.3 Определение электродинамических характеристик 114
4.4 Определение аэродинамического сопротивления воздуха и гидравлического изоляционного масла ВМ 117
Выводы по главе 121
5 Технико экономические показатели 122
Выводы по главе 124
Общие выводы и результаты иссследований 125
Литература
126 Приложение А 137
Приложение б расчёт показателей надёжности приводов вм6...35кв...139
приложение в справка об исследовании объекта разработки 142
I Патентная документация 142
II Научно- техническая литература и техническая документация 143
III Технические характеристики цилиндрического линейного асинхронного двигателя 144
IV Анализ эксплуатационной надёжности приводов ВМ- 6...35кВ 145
V Конструктивные особенности основных типов приводов ВМ-6... 3 5 кВ 150
- Основные элементы привода
- Методика на одномерной теории
- Исследуемые показатели и параметры
- Определение электродинамических характеристик
Введение к работе
Актуальность темы. С переводом сельскохозяйственного производства на промышленную основу существенно повышаются требования к уровню надёжности электроснабжения.
Целевая комплексная программа повышения надёжности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей /ЦКП ПН/ предусматривает широкое внедрение средств автоматизации сельских распределительных сетей 0,4…35 кВ, как одно из наиболее эффективных способов достижения этой цели. Программа включает в себя, в частности, оснащение распределительных сетей современной коммутационной аппаратурой и приводными устройствами к ним. Наряду с этим предполагается широкое использование первичной коммутационной аппаратуры находящейся в эксплуатации.
Наибольшее распространение в сельских сетях нашли выключатели масляные (ВМ) с пружинными и пружинно-грузовыми приводами. Однако, из опыта эксплуатации известно, что приводы ВМ являются одним из наименее надёжных элементов распределительных устройств. Это снижает эффективность комплексной автоматизации сельских электрических сетей. Например, в исследованиях Сулимова М.И., Гусева В.С. отмечено, что 30…35% случаев действия релейной защиты и автоматики (РЗА) не реализуют из-за неудовлетворительного состояния приводов. Причём до 85% дефектов приходится на долю ВМ 10…35 кВ с пружинно-грузовыми приводами. Исследователи Зуль Н.М., Палюга М.В., Анисимов Ю.В. отмечают, что 59,3% отказов автоматического повторного включения (АПВ) на базе пружинных приводов происходит из-за блок- контактов привода и выключателя, 28,9% из-за механизмов включения привода и удержания его во включённом положении. О неудовлетворительном состоянии и необходимости модернизации и разработки надёжных приводов отмечено в работах Гриценко А.В., Цвяк В.М., Макарова В.С., Олиниченко А.С..
Рисунок 1 - Анализ отказов в электроприводах ВМ 6…35 кВ
Имеется положительный опыт применения более надёжных электромагнитных приводов постоянного и переменного тока для ВМ 10 кВ на понижающих подстанциях сельскохозяйственного назначения. Соленоидные приводы, как отмечено работе Мельниченко Г.И., выгодно отличаются от других типов приводов простотой конструкции. Однако, являясь приводами прямого действия, они потребляют большую мощность и требуют установки громоздкой аккумуляторной батареи и зарядного устройства или же выпрямительного устройства со специальным трансформатором мощностью 100 кВА. В силу указанного ряда особенностей эти приводы не нашли широкого применения.
Нами был проведен анализ достоинств и недостатков различных приводов для ВМ.
Недостатки электромагнитных приводов постоянного тока: невозможность регулировки скорости движения сердечника включающего электромагнита, большая индуктивность обмотки электромагнита, которая увеличивает время включения выключателя до 3..5 с, зависимость тягового усилия от положения сердечника, что приводит к необходимости ручного включения, аккумуляторная батарея или выпрямительная установка большой мощности и их большие габариты и масса, что занимает в полезной площади до 70 м2 и др.
Недостатки электромагнитных приводов переменного тока: большое потребление мощности (до 100…150 кВА), большое сечение питающих проводов, необходимость увеличения мощности трансформатора собственных нужд по условию допустимой посадки напряжения, зависимость мощности от начального положения сердечника, невозможность регулировки скорости движения и т.д.
Недостатки индукционного привода плоских линейных асинхронных двигателей: большие габариты и масса, пусковой ток до 170 А, зависимость (резко снижается) тягового усилия от нагрева бегуна, необходимость качественной регулировки зазоров и сложность конструкции.
Вышеперечисленные недостатки отсутствуют у цилиндрических линейных асинхронных двигателей (ЦЛАД) в виду своих конструктивных особенностей и массогабаритных показателей. Поэтому предлагаем использовать их в качестве силового элемента в приводах типа ПЭ-11 для масляных выключателей, которых по данным Западно-Уральского управления Ростехнадзора по Удмуртской Республике сегодня на балансе энергоснабжающих компаний в эксплуатации находятся типа ВМП-10 600 штук, типа ВМГ-35 300 штук.
На основании выше изложенного сформулирована следующая цель работы: повышение эффективности привода высоковольтных масляных выключателей 6…35 кВ, работающего на основе ЦЛАД, позволяющего снизить ущерб от недоотпуска электроэнергии.
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи исследований:
-
Провести обзорный анализ существующих конструкций приводов высоковольтных выключателей 6 …35 кВ.
-
Разработать математическую модель ЦЛАД на основе трехмерной модели для расчета характеристик.
-
Определить параметры наиболее рационального типа привода на основании теоретических и экспериментальных исследований.
-
Провести экспериментальные исследования тяговых характеристик выключателей 6…35 кВ с целью проверки адекватности предлагаемой модели существующим стандартам.
-
Разработать конструкцию привода масляных выключателей 6…35 кВ на основе ЦЛАД.
-
Провести технико-экономическое обоснование эффективности использования ЦЛАД для приводов масляных выключателей 6…35 кВ.
Объектом исследования является: цилиндрический линейный асинхронный электродвигатель (ЦЛАД) приводных устройств выключателей сельских распределительных сетей 6…35 кВ.
Предмет исследования: изучение тяговых характеристик ЦЛАД при работе в масляных выключателях 6…35 кВ.
Методы исследования. Теоретические исследования проводились с использованием основных законов геометрии, тригонометрии, механики, дифференциального и интегрального исчисления. Натуральные исследования проводились с выключателем ВМП-10 с использованием технических и измерительных средств. Обработка экспериментальных данных выполнена с использованием программы «Microsoft Excel».
Научная новизна работы.
-
Предложен новый тип привода масляных выключателей, позволяющий повысить надежность их работы в 2,4 раза.
-
Разработана методика расчета характеристик ЦЛАД, которая в отличие от предложенных ранее, позволяет учитывать краевые эффекты распределения магнитного поля.
-
Обоснованы основные конструкционные параметры и режимы работы привода для выключателя ВМП-10, снижающие недоотпуск электроэнергии потребителям.
Практическая ценность работы определяется следующими основными результатами:
-
Предложена конструкция привода выключателей типа ВМП-10.
-
Разработана методика расчета параметров цилиндрического линейного асинхронного двигателя.
-
Разработана методика и программа расчета привода, которые позволяют рассчитывать приводы выключателей подобных конструкций.
-
Определены параметры предлагаемого привода для ВМП-10 и ему подобных.
-
Разработан и испытан лабораторный образец привода, который позволил уменьшить потери перерывов электроснабжения.
Реализация результатов исследований.
Работа проведена в соответствии с планом НИОКР ФГБОУ ВПО ЧИМЭСХ, регистрационный номер №02900034856 «Разработка привода для высоковольтных выключателей 6...35 кВ». Результаты работы и рекомендации приняты и используются в ПО «Башкирэнерго» С-ВЭС (получен акт внедрения).
Работа основана на обобщении результатов исследований, выполненных самостоятельно и в содружестве с учеными ФГБОУ ВПО Челябинского государственного агроуниверситета (г. Челябинск), Специального конструкторского технологического бюро «Продмаш» (Ижевск), ФГОУ ВПО Ижевской государственной сельскохозяйственной академии.
На защиту вынесены следующие положения:
-
Тип привода масляных выключателей на основе ЦЛАД.
-
Математическая модель расчета характеристик ЦЛАД, а также тягового усилия в зависимости от конструкции паза.
-
Методика и программа расчета привода для выключателей типа ВМГ, ВМП напряжением 10…35 кВ.
-
Результаты исследований предлагаемой конструкции привода масляных выключателей на основе ЦЛАД.
Апробация результатов исследований. Основные положения работы докладывались и обсуждались на следующих научно-практических конференциях: ХХХIII научная конференция посвященная 50-летию института, Свердловск (1990); международная научно-практическая конференция «Проблемы развития энергетики в условиях производственных преобразований» (г. Ижевск, ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА 2003); Региональная научно-методическая конференция (Ижевск, ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2004); Актуальные проблемы механизации сельского хозяйства: материалы юбилейной научно-практической конференции «Высшему агроинженерному образованию в Удмуртии – 50 лет». (Ижевск, 2005), на ежегодных научно-технических конференциях преподавателей и сотрудников ФГБОУ ВПО «Ижевская ГСХА».
Публикации по теме диссертации. Результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены 8 печатных работах, в том числе: в одной статье, опубликованной в журнале, рекомендованном ВАК, двух депонированных отчетах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений, изложена на 138 страницах основного текста, содержит 82 рисунка, 23 таблицы и списка использованных источников из 103 наименований и 4 приложений.
Основные элементы привода
Замыкание, размыкание и заземление отдельных участков высоковольтной электрической сети производится соответствующим коммутационным аппаратом (выключателем, разъединителем, отделителем, коротко-замыкателем, заземлителем). Оперирование этими аппаратами (т. е. их включение и отключение) осуществляется специальными механизмами, которые называются приводами. Для включения и отключения коммутационного аппарата (КА) привод должен совершить определенную работу за счет поступления в него энергии от внешнего источника. Кроме того, привод должен удерживать (фиксировать) КА во включенном, а если нужно, то и в отключенном положении. В зависимости от назначения и конструктивного выполнения коммутационного аппарата привод должен выполнять одну из следующих операций:
1. Включение аппарата с одновременным заводом контактных, отключающих и других пружин (если они имеются) за счет энергии внешнего источника, удержание аппарата во включенном положении и, наконец, расцепление аппарата и удерживающего устройства привода при отключении аппарата. Операция отключения аппарата, т. е. перемещение его подвижных частей и удержание их в отключенном положении, осуществляется отключающими пружинами, расположенными в самом аппарате. Такую последовательность работы имеют приводы большинства выключателей и отделителей.
2. Включение и отключение аппарата за счет энергии внешнего источника, а также удержание аппарата во включенном и отключенном положе 15 ниях. Такую последовательность работы имеют приводы разъединителей и некоторых типов воздушных выключателей.
3. Отключение аппарата с одновременным заводом включающих пружин за счет энергии внешнего источника, затем удержание его в отключенном положении и, наконец, расцепление его и удерживающего устройства привода при включении аппарата. Операция включения аппарата, т. е. перемещение его подвижных частей и удержание их во включенном положении, осуществляется включающими пружинами. Такую последовательность операций имеют приводы короткозамыкателей.
В соответствии с указанной последовательностью выполнения операций приводы разделяются на: приводы одностороннего действия, осуществляющие либо только включение аппарата, либо только его отключение; приводы двухстороннего действия, осуществляющие как включение аппарата, так и его отключение.
Для приведения в действие привода могут использоваться различные виды энергии, например мускульная сила человека-оператора, электрическая энергия, энергия предварительно сжатого воздуха (газа) и т. д. По виду энергии, используемой для приведения в действие, приводы подразделяются на: ручные, приводимые в действие мускульной силой человека-оператора; двигательные, приводимые в действие энергией внешнего источника непосредственно или с предварительным преобразованием ее в другие виды энергии, например электрической энергии в энергию сжатого воздуха, энергию заведенных пружин и т. д.
В свою очередь, двигательные приводы по принципу действия подразделяются на: электромагнитные, приводимые в действие электрической энергией; электродвигательные, приводимые в действие электрической энергией; пневматические, приводимые в действие энергией предварительно сжатого воздуха; пневмогидравлические, приводимые в действие жидкостью, находящейся под большим давлением, создаваемым сжатым воздухом; пружинные, приводимые в действие энергией, запасенной в пружине при ее предварительном заводе; грузовые, приводимые в действие энергией, запасенной грузом при его предварительном подъеме; пиротехнические (пироприводы), приводимые в действие энергией, которая образуется при взрыве патрона со взрывчатым веществом.
Мощность, которую должен отдавать внешний источник энергии, чтобы обеспечить стабильное действие привода, зависит от количества работы, потребляемой приводом при оперировании коммутационным аппаратом, и от длительности оперирования. Энергия может подводиться к приводу от внешнего источника только в процессе оперирования или же постепенно накапливаться до начала оперирования и в момент операции отдаваться приводу. В соответствии с этим приводы по способу подведения к ним энергии подразделяются на: приводы зависимого (прямого) действия, у которых энергия, необходимая для оперирования КА, сообщается приводу только в продолжение самой операции; приводы независимого (косвенного) действия, у которых энергия, необходимая для оперирования КА, предварительно запасается, а потом уже передается приводу и расходуется им на совершение той или иной операции.
Приводы зависимого действия потребляют энергию только в процессе включения или отключения коммутационного аппарата. Мощность, потребляемая приводом зависимого действия, обусловливается работой, необходимой для приведения в действие коммутационного аппарата, и длительностью операции его включения (отключения). Чем меньше длите ль 17 ность этих операций, тем больше должна быть мощность, потребляемая приводом при той же его работе.
Включение выключателя происходит в течение очень короткого промежутка времени (0,1 - 1,0 с). Поэтому приводы зависимого действия для выключателей потребляют большие мощности. Это является недостатком таких приводов. Продолжительность операций включения и отключения у различных типов разъединителей находится в пределах от нескольких секунд до нескольких десятков секунд [5,46]. Следовательно, приводы зависимого действия для разъединителей потребляют небольшие мощности. К приводам зависимого действия относятся ручные и электромагнитные приводы, а также некоторые типы электродвигательных приводов.
В приводах независимого действия создание запаса энергии, необходимой для оперирования коммутационным аппаратом, может происходить непосредственно перед началом операции либо заранее. В первом случае при подаче команды на включение (отключение) КА сначала происходит запасание необходимого количества энергии (например, в маховике), а затем автоматически подключается механизм привода и за счет запасенной энергии происходит включение (отключение) КА. Запасание энергии происходит в течение сравнительно большого промежутка времени, 5-10 с и даже до 1 мин, и следовательно, источник энергии, питающий привод, может быть маломощным. Это основное преимущество привода независимого действия. Недостатком привода независимого действия является значительная длительность оперирования, равная времени включения (отключения) аппарата и времени, необходимого для запасания энергии. В тех случаях, когда привод независимого действия предназначен для выключателя, а последний должен работать в цикле быстродействующего повторного включения, такой привод может оказаться непригодным для этой цели.
Методика на одномерной теории
Конструкция привода выключателя (помимо операций включения и отключения, а также циклов операций при действии автоматики и по команде со щита управления) должна предусматривать: а) «местное» оперативное и неоперативное отключение путем ручного воздействия на элемент механизма (рычаг, кнопка и пр.); б) «местное» неоперативное включение путем ручного воздействия на элемент механизма, использования домкрата (рычага). При разработке конструкции привода к выключателю необходимо предусмотреть блокирующее устройство, предотвращающее неправильные операции с выключателем. В двигательном приводе блокировка от неправильных операций осуществляется посредством разрыва цепи катушек управления или цепи электродвигателя. В двигательном приводе, допускающем ручное управление, необходимо предусмотреть блокировку от неправильных операций с выключателем при ручном управлении.
Предотвращение ошибочных операций с главными и заземляющими ножами разъединителя достигается специальными блокирующими устройствами, которые могут устанавливаться как в приводе, так и на выключателе или в механизме передачи между ними.
Однократная команда человека-оператора должна вызвать выполнение двигательным приводом к разъединителю только одной законченной операции включения и отключения независимо от продолжительности команды.
Некоторые дополнительные требования к конструкции приводов приведены в ГОСТ 687-78, ГОСТ 690-68 и ГОСТ 12.2.007.3-75.
Приводы, предназначенные для работы в холодном и тропическом климате, должны удовлетворять дополнительным требованиям, приведенным в ГОСТ 15150-69, ГОСТ 15543-70, ГОСТ 14892-69 и ГОСТ 17412-72. 1.5 Электромагнитные приводы
Электромагнитные приводы постоянного тока получили в большое распространение не только в России, но и в других странах. По своей конструкции и технико-экономическим показателям они не превосходят отечественных электромагнитных приводов [16,53,98].
Они применяются для управления всеми типами масляных выключателей на номинальные напряжения 10 - 220 кВ. Большим преимуществом электромагнитного привода является простота конструкции и высокая надежность. Очень важно, что для изготовления и обслуживания электромагнитных приводов не требуется высоко квалифицированного персонала.
Тяговая характеристика электромагнитного привода достаточно хорошо согласуется с тяговой характеристикой выключателя. Сила тяги электромагнитного привода вначале незначительна, затем увеличивается по мере движения сердечника и к концу хода сердечника достигает максимального значения. Примерно так же изменяется и тяговое усилие, необходимое для включения выключателя, В начале включения оно небольшое, затем возрастает по мере сжатия отключающих пружин и достигает наибольшего значения после замыкания контактов, особенно если выключатель включается на короткое замыкание. Хорошее согласование тяговых характеристик электромагнитного привода и выключателя обеспечивает высокую надежность включения выключателей. Электромагнитные приводы позволяют осуществлять многократное автоматическое повторное включение (АПВ). Продолжительность бестоковой паузы при АПВ зависит от номинального напряжения выключателя, времени отключения, времени включения привода и необходимой выдержки времени между завершением операции отключения и началом операции включения. Эта выдержка времени может быть и равна нулю. Например, электромагнитный привод типа ПС-10 обеспечивает в мае 27 ляных выключателях на 10 кВ бестоковую паузу 0,4-0,5 с, а в выключателях на 35 кВ - паузу 0,7-0,8 с.
К недостаткам электромагнитных приводов следует отнести невозможность регулировки скорости движения сердечника электромагнита включения и большую индуктивность его обмотки. Последняя замедляет нарастание тока в обмотке и тем самым увеличивает время включения привода. Приводим средние значения времени включения отечественных баковых и малообъемных выключателей с электромагнитными приводами:
Как видно из приведенных данных, время включения имеет большой разброс, обусловленный как конструкцией привода, так и ходом подвижных контактов выключателя. Для масляного выключателя на 110 кВ с ходом подвижных контактов 864 мм время включения составляет 0,85 с, а для выключателя на то же напряжение, но с ходом подвижных контактов 510 мм время включения равно 0,5 с. В выключателях на 10 кВ меньшие значения времени включения относятся к фидерным выключателям (на 600-1000 А), а большие значения - к генераторным выключателям (на 4000-8000 А). Даже для одного и того же выключателя время включения его электромагнитным приводом будет зависеть от изменения: а) напряжения на зажимах привода, так как оно определяет ток, про текающий по обмотке привода; б) температуры окружающей среды, так как от нее зависит активное сопротивление обмотки привода, а, следовательно, и ток в последней. Электромагнитные приводы питаются от аккумуляторных батарей или от выпрямительных установок. Мощность, потребляемая приводом, весьма значительна. Примерные значения мощности, потребляемой электромагнитными приводами при включении отечественных масляных выключателей, составляют:
В основу конструкции электромагнитных приводов положен принцип электромагнитного взаимодействия между ферромагнитным сердечником и катушкой, обтекаемой током. При протекании тока по катушке сердечник, втягиваясь в нее, стремится занять такое положение, при котором сопротивление магнитному потоку, создаваемому током в катушке, будет наименьшим. Сердечник электромагнита посредством операционного механизма привода связан с механизмом выключателя. Втягиваясь, сердечник перемещает подвижные части выключателя, осуществляя его включение.
Исследуемые показатели и параметры
Пара контактов КВЦУ включена последовательно в цепь контактора, замыкающего и размыкающего цепь электромагнита включения. Оставаясь замкнутыми почти в продолжение всего процесса включения, эта пара контактов очень быстро размыкается перед самым окончанием процесса включения. Другая пара контактов КВЦУ включена последовательно в цепь обмотки электромагнита отключения. Она замыкается после прохождения сердечником приблизительно половины своего хода и очень быстро размыкается в начале процесса отключения. Размыкание контактов КВЦУ осуществляется специальными пружинами, которые заводятся во время включения привода. В требуемый момент времени рычажный механизм 7 освобождает защелку и контакты быстро размыкаются под действием пружин.
Плита 4 является верхней частью магнитопровода. Корпус магнитопровода имеет П-образную форму. К нижней плите магнитопровода приварен корпус буфера 1. Внутри магнитопровода расположена обмотка электромагнита включения 3. При отключенном положении привода торец сердечника 2 лежит на резиновом буфере. К плите 4 крепится снизу электромагнит отключения 12. Рядом с ним расположены наборные клеммы 13. Привод закрыт легким стальным кожухом 14, в боковой стенке которого сделано окно для рукоятки ручного отключения 11.
Номинальное напряжение электромагнита включения ПО и 220 В. Установившийся ток в этом электромагните соответственно 120 или 60 А. Номинальное напряжение электромагнита отключения 110-220 В. Установившийся ток в этом электромагните соответственно 2,5-1,25 А. Масса привода ПС-11 составляет 55 кг. Привод ПС-11 предназначен для управления масляными выключателями ВМГ-10 и ВМП-10. Ручное включение осуществляется съемным рычагом 15, аналогичным рычагу 12 привода ПС-10 (рис. 1.6).
Электромагнитный привод типа ПС-21 устанавливается на фундаменте (рис. 1.9). В основании 1 расположен резиновый буфер 2, на который опирается сердечник 3. Корпус магнитопровода 4 представляет собой толстое стальное кольцо. В боковой стенке корпуса операционного механизма 6 имеется фасонный вырез 5 для регулировки механизма. Запирающий механизм образуется тягой 7, рычагом 8 и защелкой 9. При повороте защелки 9 по часовой стрелке нарушается устойчивость тяги 7 и рычага 8, что приводит к отключению выключателя. Поворачивание защелки 9 производится отключающим электромагнитом 10 или рычагом ручного отключения 11, закрепленным на валу 12. Предохранительный болт 13 предотвращает случайное отключение выключателя в процессе его регулировки. Тяга от выключателя присоединяется к нижнему плечу двуплечего рычага 14, закрепленного на валу 15. Лёгкая рычажная передача соединяет вал 15 с указателем положения привода и контактами КВЦ и КВЦУ. Операционный механизм закрыт легким съемным кожухом. На рисунке он не показан.
Номинальное напряжение электромагнита включения 110/220 В, а электромагнита отключения 220 В. Установившийся ток электромагнита включения — соответственно 296/148 А, а электромагнита отключения 3,5 А. Масса привода 275 кг.
На рис. 1.10 изображен электромагнитный привод, встраиваемый в маломасляный выключатель ВМПЭ-10 на номинальное напряжение 10 кВ. Корпус привода 8 вставляется в раму выключателя и крепится к ней. Из-под рамы выключателя выступает только магнитопровод 2 и основание 14. Магнитопровод 2 состоит из двух толстых плит, между которыми находится корпус П-образной формы. Все детали магнитопровода стянуты четырьмя шпильками. Внутри магнитопровода расположена обмотка 13 и сердечник 1. Ролик, надетый на ось, соединяющую подвески 4 и 5, опирается на основную защелку 3. Подвеска 5 соединяется с рычагом на валу 6. На конец этого вала, выходящий из корпуса, насажен рычаг, к которому присоединяется тяга от механизма выключателя. Сверху на корпусе расположен электромагнит отключения 7, шток которого заканчивается закрытым шлицем. В этот шлиц входит палец защелки 10. Положение защелки 10 регулируется винтом 9. Ручное отключение производится кнопкой 11. Винт 12 служит для регулировки положения звеньев механизма. Ручное неоперативное включение производится съемным рычагом, который надевается на конец вала, выходящий из корпуса.
Часто при модернизации выключателей встает вопрос о переводе его привода на переменный оперативный ток, что дает возможность отказаться от дорогостоящей аккумуляторной батареи и облегчает переход на работу без постоянного дежурного персонала.
Основные требования, предъявляемые к приводу на переменном токе, заключаются в следующем:
1. Привод не должен потреблять большой мощности в процессе выполнения операции включения. Особенно существенно это требование для понизительных подстанций, на которых питание привода осуществляется от маломощных трансформаторов.
2. При применении релейной защиты на переменном оперативном токе из всех возможных схем питания отключающих катушек привода наиболее удачной является схема непосредственного питания от трансформаторов тока. Но осуществить это решение трудно из-за маломощности трансформатора тока, особенно встроенной конструкции [2,33,82]. Применение схемы непосредственного питания становится возможным для подавляющего большинства установок при ограничении мощности, потребляемой отключающими катушками величиной порядка 25 ВА. Помимо выполнения особо жестких требований по ограничению потребляемых мощностей привод на переменном токе должен удовлетворять всем остальным требованиям, предъявляемым к приводам выключателей (быстродействие, надежность, допустимые уровни рабочих напряжений). Требование быстродействия в основном относится к операции включения, так как влияние привода на скорость отключения невелико. Оно определяется лишь собственным временем срабатывания отключающих электромагнитов, которое при применении переменного оперативного тока намного меньше собственного времени кинематического механизма выключателя.
Быстродействие привода в операции включения проверяется по времени включения выключателя и по скорости движения контактов выключателя, получаемой из виброграммы. Скорость включения определяет запас кинетической энергии механизма и до некоторой степени характеризует надежность возможного включения выключателя на существующее короткое замыкание.
Время и скорость движения подвижных контактов выключателей приведены в табл. 5.
Нормальная работа привода должна быть обеспечена при напряжении на зажимах от 80 до 110% номинального при включении и от 65 до 120% —при выполнении отключения. Температура обмоток привода после 10-кратного срабатывания при номинальном напряжении не должна превышать 95.
Наиболее просто перевод приводов на оперативный переменный ток может быть осуществлен за счет применения выпрямителей. С этой целью в распределительном устройстве устанавливаются два комплекта выпрямителей для питания соленоидов включения и комбинированные зарядные устройства для питания оперативных цепей отключения.
Определение электродинамических характеристик
Таким образом, получен алгоритм расчёта статических характеристик ЛАД с короткозамкнутым вторичным элементом, позволяющий учитывать свойства активных частей конструкции на каждом зубцовом делении.
Важным достоинством этого алгоритма является автоматический учёт дискретности пространственного распределения и схемы соединения обмотки.
Математический аппарат позволяет исследовать МДС сложных обмоток - при решении (п, 8) рассчитывается вектор пазовых токов, зная который нетрудно вычислить пространственное распределение МДС. И чем совершеннее алгоритм автоматического формирования обмоточных матриц, тем действеннее применение предложенного аппарата.
Анализ результатов численных расчётов цилиндрического линейного асинхронного двигателя Численные расчёты проведены с помощью математической модели, описанные ранее, для определения влияния различных параметров и геометрических размеров на энергетические и тяговые показатели цилиндрических линейных асинхронных двигателей (ЦЛАД).
Технические данные исследуемых ЦЛАД приведены в табл. 2.1. Индуктор ЦЛАД состоит из отдельных шайб, расположенных в ферромагнитном цилиндре. Наружный и внутренний диаметры цилиндра соответственно равны 89 и 80 мм. Конструкция ЦЛАД приведена на рис. 2.9. Количество шайб длина ферромагнитного цилиндра определяются числом полюсов и числом пазов на полюс и фазу обмотки индуктора ЦЛАД.
На рис. 2.10...2.11 приведены зависимости F, /, rj, cos р = f (S) при различных значениях числа витков в катушке обмотки индуктора ЦЛАД с ферромагнитным экранированным вторичным элементов. Экран выполнен из меди толщиной - 1мм. Воздушный зазор принят равным 1 мм.
На основании анализа кривых рис.2.13 тяговое усилие двигателя, при постоянных конструктивных размерах, зависит от числа витков в катушке. Уменьшение числа витков увеличивает тяговое усилие ЦЛАД.
Одновременно, уменьшение числа витков в катушке приводит к росту тока (рис.2.12). Увеличение среднего фазного тока и тягового усилия (рис. 2.10 и 2.12) по мере уменьшения числа витков в катушке объясняется тем, что увеличивается сечение провода при постоянных значениях геометрических размеров и коэффициента заполнения медью паза индуктора и незначительном изменении значения плотности тока.
По расчётным данным кривые rj, cos р = f (S) при изменении числа витков катушки весьма мало отличаются друг от друга, поэтому на рис.2.11 они изображены одной кривой при всех значениях числа витков в катушке. Таблица 2.1.-Технические данные цилиндрического ЛАД
При проектировании необходимо учитывать режим работы и условия пуска двигателя в приводах механизмов. Как видно из рис. 2.10, для привода механизмов с большим пусковым тяговым усилием кратковременным режимом работы эффективнее использовать ЛАД с малым числом витков и большим сечением провода катушки обмотки индуктора.
Однако, при частых включениях таких механизмов необходимо иметь запас двигателя по нагреву.
На рисунках 2.8 и 2.15 показаны зависимости энергетических показателей и тягового усилия ЦЛАД от изменения воздушного зазора. Как видно, энергетические показатели практически не зависят от воздушного зазора. Следовательно, исходя из работоспособности двигателя воздушный зазор должен быть минимально возможным и ограничивается тепловыми расширениями вторичного элемента.
Анализ проведенных исследований ЦЛАД на рисунках 2.16...2.40 показал зависимость тягового усилия от покрытия вторичного элемента [67].
Зависимости тягового усилия, среднего фазного тока и энергетических показателей от скольжения при различных значениях толщины покрытия медью вторичного элемента приведены на рис. 2.16...2.19. Воздушный зазор принят равным 1 мм.
Коэффициент мощности увеличивается при увеличении значения толщины покрытия. Однако увеличение толщины более 1,0.. 1,5 мм мало влияет на повышение коэффициента мощности. КПД, в свою очередь, при толщине покрытия более 1,0 мм начинает снижаться.
Повышение тягового усилия и среднего фазного тока объясняется тем, что увеличивается величина немагнитного зазора. При этом изменяется распределение нормального и тангенциального составляющих тягового усилия.
Однако, при толщине покрытия медью более 1,5...2,0 мм наблюдается незначительное повышение тягового усилия. Следовательно, сточки зрения экономии электропроводного материала (меди) и повышения энергетических показателей эффективная толщина покрытия медью до 2,0 мм.
На рис. 2.20...2.40 приведены зависимости F, I, rj, cos (р = f(S) при различных значениях геометрических размеров зубцово-пазовой структуры короткозамкнутого вторичного элемента ЦЛАД. Основные геометрические размеры и технические данные индуктора соответствуют значениям, приведённым в табл. 2.1. Так на рис. 2.20...2.28 варьируется ширина паза при некоторых постоянных значениях зубцового деления и глубины паза короткозамкнутого вторичного элемента. Тяговое усилие и средний фазный ток растут по мере увеличения ширины паза. На рис. 2.21 кривые КПД при ширине паза 3 мм и 5мм лежат почти рядом для всех значений скольжения.
Кривые коэффициента мощности при ширине паза 5 мм и 6 мм лежат рядом для всех значений скольжения. Поэтому не приведены соответствующие кривые. На рис. 2.24 кривые КПД при ширине паза 4мм и 5мм, а коэффициента мощности при 6, 7 и 8 мм приведены одной кривой. На рис. 2.27 кривые КПД при ширине паза 6 и 8 мм также лежат рядом. Из этих графиков видно, что энергетические значения изменяются, весьма, незначительно при значениях скольжения 0,1.. .0,5.
