Введение к работе
Актуальность работы. Развитие систем автоматизация производственных процессов и средств связи в различных отраслях промышленности требует постоянного совершенствования элементной базы этих систем и средств, к которой, в частности, относятся электрические аппарата на основе герметизированных запоминающих магнитоуправля-емых контактов - гезаконов. Целесообразность применения этих аппаратов обусловлена рядом преимуществ, которые по сравнению с выполняющими аналогичные функции герконовыми поляризованными аппаратами заключаются в том, что гезаконовые аппарата имеют более простую конструкцию и могут управляться импульсами' длительностью микросекундаого диапазона. По сравнению с полупроводниковыми коммутационными аппаратами гезаконовые аппараты обладают всеми преимуществами обычных контантша устройств и могут сохранять функцию "памяти" при отсутствии питающего напряжения.
Однако гезаконовые аппарата по сравнению с герконовыми имеют относительно невысокий ресурс, в частности, из-за того, что для них в. отличие от большинства герконовых аппаратов характерно наличие дребезга при размыкании. Вопросы устранения такого дребезга остались нерешенными, что, в частности связано с отсутствием методик расчета магнитомеханических процессов размыкания гезаконо-вых аппаратов. Кроме того,_сущ8ствущие гезаконовые аппараты имеют относительно большие габариты, вес и расход меди на обмотки управления для обеспечения надежного размыкания, что ведет к их удорожании. Наконец, ресурс гезаконсвых аппаратов при их эксплуатации может отличаться от ресурса, полученного" на заводе-изготовителе при испытаниях на износостойкость, что связано с отличиями условий проведения испытаний и условий эксплуатации,а также с отсутствием адекватных методов контроля.
На основании изложенного задача разработки рекомендаций по совершенствованию гезаконовых аппаратов, режимов их управления и методов"" контроля является актуальной..
Цель работы. Разработка рекомендаций по совершенствованию гезаконовых аппаратов, режимов их управления, а также методов контроля их параметров.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие
задачи: изучение и анализ влияния конструктивных элементов, схем управления гезаконовых аппаратов и параметров импульсов управления на магнитное состояние контакт-деталей (КД) гезаконов; исследование магнитомехашчвских процессов размыкания КД гезаконов при управлении ими в аппаратах, с помощью различных импульсов и разработка на этой основе рекомендацій по выбору параметров этих импульсов, обеспечивающих бездребезгозый режим работы; разработка методики, алгоритма и программы расчета траектории движения КД ге-закона в процессе размыкания с учетом действующей между ними электромагнитной силы отталкивания и параметров импульса управления; разработка рекомендаций по повышению достоверности результатов контроля параметров гезаконов и гезаконовых аппаратов и создание рациональных методов определения резонансной частоты этих коммутационных элементов; разработка рекомендаций по созданию гезаконовых аппаратов с улучившими характеристиками.
Метода исследования. Исследования магнитного поля и дребезга гезаконоь проводились с использованием специально разработанной для этих целей подсистемы АСНИ. Динамика движения КД гезаконов исследовалась о использованием стробоскопического метода, а также фототеневкм способом с применением лазера. В теоретической части при разработке математической модели процесса размыкания КД геза- . кона применялись методы математического моделирования с использоваїшем законов электродинамики, теории колебаний, сопротивления материалов и аэродинамики. Обработка результатов экспериментов проводилась методами математической статистики.
Научная новизна работы.
1. Разработаны математическая модель, методика и программа расчета траектории двикения КД гезакона при его размыкании, осу-. ществляемом путем встречного намагничивания КД в многообмоточной катуаке управления с ферромагнитным шунтом. Методика позволяет проводить анализ влияния на движение КД различішх конструктивных элементов, а также амплитуды и длительности импульса управления.
2. На основе исследования и анализа магнитомехэнических.процессов разшкания гезакона разработаны рекомендации по выбору длительности импульса управления, обеспечивающего бездребезговый решим работы как при управлении в многообмоточных катушках, так и при управлении в системе "обмотка - постоянный магнит"..
-
Проанализировано влияния положения гезакона в кагукке управления на'распрпдслекиз магнитных потоков,проходящих между внутренними концами его КД, установлена связь между полоу.склем геза-кона vi динамическими характеристиками замыкания в дариодичоском режиме коммутаций и видана рекомендации по пошнекию электрической прочности и виброудароустойчивости гезаконового аппарата. Предложен ряд защищенных авторскими свидетельствами геяакоиошх аппаратов, обладаюпіих улучшенными, массогабаритными показатоляї/и и расширенными функциональными возможностями.
-
Предложены рекомендации по обеспечению адекватности условий проведения испытания гезаконов и аппаратов-на их осново на заводах-изготовителях условиям, имегадам место при эксплуатации. Разработаны методы определения частоти собственных коло банки КД гезаконов, которые являются более простими по сравнении с извест-" ними и защищены авторскшш свидетельствам!.
Практическая ценность. Результаты исследований влияния положения гезакона в многообмоточной катушке на магнитное состояние внутренних концов его КД могут быть использованы при конструировании новых и совериенствовании известных гезаконовых аппаратов. Предложенные конструктивные и схемотехнические решения гезаксно-вых аппаратов могут способствовать повышению экономичности и снижению массогабаритных показателей электротехнических систем и устройств, в которых они используются. Рекомендации по выбору параметров размыкающих, импульсов управления обеспечивают бездребезго-вый режим работы при размыкании гезаконовых аппаратов, что способствует повышению их ресурса и устраняет одну из причин искажения передаваемой гезаконом информации. Предложенная методика расчета траектории движения КД гезакона при размыкании позволяет проводить анализ влияния на это дгагкенйе различных конструктивных факторов и параметров управляющего воздействия, что можт использоваться при разработке рекомендаций по обеспечений баддрвбозго-вового режима на стадии проектирования гезаконового аппарата и позволяет оценить время затухания колебаний КД гезакона. Методы определения частоты собственных колебании отих КД могут быть использовали при контроле гезаконов и выборе рациональных параметров размыкающего импульса управления,а рекомендации по совершен-ствовинию методов контроля способствуют обеспечению адекватности
результатов, полученных при испытаниях и в условиях эксплуатации.
-Реализация результатов работы. Результаты и рекомендации работы вошли в проект ОСТа "Герметизированные магнитоуправляемые контакты. Руководство по применению". Рекомендации по повішеним достоверности результатов определения ВДС срабатывания гезаконо-вых реле РКК-22, РЩ{-23 и FHK-24 путем уменьшения частоты комму- . таций при измерениях вошли в ТУ на указанные реле. Обоснованные в работе рокомендации о целесообразности увеличения коэрцктивной сила и повышения квадратичное петли гистерезиса материала 40КНБ, используемого для изготовления КД гезаконов, вошли в технические требования на разработку нового магнитного материала для этих целей. Результаты работы использованы в учебном пособии, из-. данном в МЭИ.
Апробация работы. Материалы работы докладывались, обсуждались-и получили одобрение: на научно-технической конфоренции МЭИ "Проблемы повышения качества и надежности электротехнических устройств", 1983 г.; на 7 симпозиуме "Проблемы и перспективы элекг-, рзчвских аппаратов низкого напряжения" СМЭЛА*89, Пловдив, Болгария; на школе-семинаре "Электрические контакты и электроды. Материалы. Физические процессы", Киев - Одесса, 1990 г.; на заседании НТС ОКБ при Рязанском заводе металлокерамических приборов -головной организации по выпуску герконов и гезаконов, 1989 г.; на заседании конструкторской секции НГС НИИ коммутационной техники, ШО "Северная Заря", 1990 г.; на заседаниях кафодры электрических и электронных аппаратов и НИЛ 0442 МЭИ, 1990 - 1993 Г.г.
Публикации. Основное содержание диссертации освещено в 22 публикациях, среди которых 10 статей, 11 авторских' свидетельств и одно учебное пособие..
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.
