Pollife.ru

Стройка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Работа привода. Включение выключателя

Работа привода. Включение выключателя

В исходном состоянии контакты вакуумной дугогасительной камеры
разомкнуты за счет воздействия на них отключающей пружины 10 через тяговый изолятор 5 (см. рис. 8). При подаче напряжения положительной поляр­ности к катушке 11 электромагнита в зазоре магнитной системы (рис. 9) нарастает магнитный поток.

Рис. 9. Изменение тока в катушке привода

при переходном процессе

В момент, когда сила тяги якоря, создаваемая магнитным потоком, превосходит усилие пружины отключения 10, якорь 9 электромагнита вместе с тяговым изолятором 5 и подвижным контактом 3 вакуумной камеры начинает движение вверх, сжимая пружину отключения. При этом в катушке возникает двигательная противоЭДС, которая препятствует дальнейшему нарастанию тока и даже несколько уменьшает его. В процессе движения якорь набирает скорость около 1 м/с, что позволяет избежать предпробоев при включении и исключить дребезг контактов ВДК [9, 10].

При замыкании контактов вакуумной камеры в магнитной системе остается зазор дополнительного поджатия, равный 2 мм. Скорость движения якоря резко падает, так как ему приходится преодолевать еще и усилие пружины дополнительного контактного поджатия 6. Однако под воздействием усилия, создаваемого магнитным потоком и инерцией, якорь 9 продолжает двигаться вверх, сжимая пружину отключения 10 и пружину 6 дополнительного контактного поджатия.

В момент замыкания магнитной системы якорь соприкасается с верхней крышкой привода 7 и останавливается. Двигательная ЭДС становится равной нулю, в катушке 11 снова начинает увеличиваться ток. В этот период формируется необходимая остаточная индукция кольцевого постоянного магнита (запасается магнитная энергия, необходимая для удержания выключателя во включенном состоянии). После окончания процесса включения ток катушки привода отключается.

Выключатель остается во включенном положении за счет остаточной индукции, создаваемой кольцевым постоянным магнитом 8, который удерживает якорь 9 в притянутом к верхней крышке 7 положении без дополнительной токовой подпитки. В таком положении якорь остается неограниченно долго, пока постоянный магнит не будет размагничен импульсом тока отрицательной полярности либо магнитная система не будет разорвана механически (ручное отключение). Данный принцип удержания коммутационного аппарата во включенном положении, известный в электротехнике под названием «магнитная защелка», широко применяется в слаботочных аппаратах (поляризованные реле). Современные достижения в области магнитотвердых материалов позволили реализовать на этом же принципе силовой коммутационный аппарат. Запас по усилию удержания (сила, необходимая для отрыва якоря 9 от верхней крышки 7) составляет 450 – 500 Н для одного полюса выключателя,
т. е. 1350 – 1500 Н для выключателя в целом, что вполне достаточно для надежного удержания выключателя во включенном положении даже в условиях воздействия на выключатель вибраций и ударных нагрузок.

Отключение выключателя

Для отключения выключателя необходимо приложить к выводам катушки напряжение отрицательной полярности (см. рис. 9, линия t5). Ток, протекающий по обмотке (см. рис. 8), размагничивает магнит 8. Якорь 9 электромагнита под давлением пружины отключения 10 и пружины дополнительного контактного поджатия 6 разгоняется и наносит удар по тяговому изолятору 5, соединенному с подвижным контактом 3 вакуумной камеры. Ударное усилие, создаваемое якорем электромагнита, превышает 200 кгс, что способствует разрыву точек сварки, которые могут возникать между контактами при пропускании тока короткого замыкания. Кроме того, подвижный контакт 3 вакуумной камеры фактически мгновенно приобретает высокую стартовую скорость, что положительно сказывается на отключении тока КЗ [1, 2, 7, 9].

После упомянутого выше удара якорь 9 электромагнита движется вниз вместе с подвижным контактом 3 вакуумной камеры и тяговым изолятором 5 под действием пружины отключения, пока все детали не займут исходного
положения.

Привод с магнитной защелкой требует незначительной энергии для «сброса» защелки. При отключении от источника постоянного напряжения время приложения напряжения обычно ограничивается 10 мс. При этом ток в цепи отключения не превышает 1,5 А при на­пряжении 220 В.

Якоря электромагнитов всех полюсов выключателя соединены между
собой общим валом 13. При движении якорей пластина 14, входящая в прорезь
вала 13, поворачивает вал, а вместе с ним и закрепленный магнит 15, который управляет герметизированными контактами для внешних вспомогательных
цепей 16.

Порядок выполнения работы

1) Изучить механизмы возникновения перенапряжения при коммутации вакуумных выключателей.

2) Ознакомиться с принципами действия вакуумных выключателей с магнитной защелкой.

3) Произвести измерение времени включения и отключения выключателя. Собрать схему (рис. 10) и измерить время движения подвижных частей
выключателя. Значение времени движения не должно отличаться от паспортных данных более чем на ±10 %. Разобрать схему.

4) Проверить работу выключателя трехкратным включением и отключением через блок управления.

5) Произвести включение и отключение выключателя по радиосвязи через оператора, находящегося в аудитории 414 главного корпуса.

1.10. Контрольные вопросы

1) Перечислите механизмы возникновения перенапряжения. Дайте объяснение возникновению перенапряжения.

2) Перечислите технические характеристики BB/TEL.

3) Поясните работу полюса выключателя серии BB/TEL.

4) поясните работу привода при включении и отключении выключателя.

5) поясните, чем вызывается снижение скорости срабатывания вык-лючателя.

Рис. 10. Схема измерения времени включения (а) и

отключения (б) выключателя

Лабораторная работа 2

Изучение конструкции и основных параметров вакуумного Выключателя ВВТЭ-М-10

Цель работы: изучение вопросов гашения дуги в вакууме, конструкции вакуумной камеры и вакуумного выключателя ВВТЭ-М-10, его основных технических характеристик, схем управления выключателем на переменном и постоянном токе.

Evolis 6, 10 кВ: стационарная фронтальная версия — Evolis — вакуумные выключатели 6-20 кВ

Evolis 6, 10 кВ: стационарная фронтальная версия

Контактный вывод выключателя
Контактный вывод
Состав
Базовая версия выключателя оснащена медными контактными пластинами с отверстиями в верхней и нижней частях коммутационного аппарата. Контактные площадки присоединяются к этим контактным пластинам при помощи болтов. Возможны различные варианты присоединения.
Контактные площадки с фиксированным расстоянием

Читайте так же:
Блок розетка выключатель для зеркала

Контактные площадки с фиксированным расстоянием

Горизонтальные Вертикальные Смешанные
площадки (H) площадки (V) площадки

Горизонтальные контактные площадки легко превращаются в вертикальные путем поворота на 90°
Контактные площадки с переменным расстоянием для присоединения
Площадки горизонтального Площадки вертикального расширения (H) расширения (V)

Контактные площадки с переменным расстоянием для присоединения

Примечание:
Значения испытательного напряжения, приведенные в таблицах электрических характеристик, рассчитаны без учета установки контактных площадок.
К контактным выводам можно присоединять как неизолированные медные, так и луженые медные или алюминиевые проводники без какой-либо особой подготовки.
Форма и размеры этих проводников должны быть определены согласно электрической прочности и термической стойкости системы соединения. Типовой пример рассмотрен в инструкции по монтажу.

Розетки и контакты
Розетки и контакты
Состав
Имеется возможность создать выкатную версию из стационарной с использованием следующих компонентов:

  1. переходных шин;
  2. втычных контактов;
  3. контактных пальцев;
  4. проходных изоляторов;
  5. дифлекторов поля.

Втычные контакты и пальцы выключателя

Втычные контакты и пальцы

Переходные шины и проходные изоляторы

  1. Контакты типа "тюльпан" имеют форму, которая обеспечивает максимальную поверхность контактов и оптимизирует рассеивание тепла. Более того, в случае короткого замыкания она наилучшим образом противостоит электродинамическим силам.
  2. Пальцы спроектированы специально для втычных контактов, учитывая их форму и материал. Контакт между пальцем и "тюльпаном" проверяется типовыми испытаниями: 2000 операций вкатывания-выкатывания.
  3. Втычные контакты являются самоцентрирующимися и имеют диапазон смещения ±6 мм в любом направлении.

Переходная шина и проходные изоляторы

  1. Переходная шина цилиндрической формы оптимизирует диэлектрическую прочность и позволяет избежать использования дополнительной изоляции.
  2. Проходные изоляторы цилиндрической формы обеспечивают высокую диэлектрическую прочность.

Переходная шина и проходные изоляторы

  1. Ранее описанные контактные площадки могут быть установлены на соединительных площадках проходных изоляторов.

Примечание:
Уровень характеристик всей монтируемой системы должен быть проверен после монтажа.
Условия установки этих двух элементов описаны в инструкции по монтажу. Для выкатного выключателя 6, 10 кВ
межфазное расстояние составляет 185 мм. Дефлекторы должны быть добавлены к проходным изоляторам.
Дефлекторы
Втычные контакты, переходные шины, пальцы и проходные изоляторы, шины и дефлекторы
Для выключателей с номинальным напряжением 17,5 кВ и межфазным расстоянием 185 мм дефлекторы используются для увеличения диэлектрической прочности с 75 до 95 кВ.
Блок клемм НН
Блок клемм НН
Два варианта присоединения
Прямой, к блоку клемм НН
Провод низкого напряжения выключателя может быть присоединен прямо к блоку клемм НН привода через кабельный защитный канал. С помощью разъемов
Фиксированная часть (штыревого типа) устанавливается на выключатель и подключается к приводу.
Съемная часть разъема (гнездового типа) устанавливается в ячейке.

18-контактный разъем
18-контактный разъем
Две версии разъемов НН
18-контактная версия, которая позволяет производить присоединение:
катушки отключения MX1;
электрического механизма дистанционного управления (мотор-редуктора, катушки включения XF, реле блокировки "от прыгания"); контакта готовности к включению PF;
максимального количества вторичных контактов: 3 НЗ, 3 НО, 2 перекидных контактов.
42-контактная версия, которая позволяет производить присоединение:
42-контактный разъем
42-контактный разъем
катушки отключения MX1 или катушки минимального напряжения MN; второй катушки отключения MX2 или катушки минимального напряжения MN; реле прямого действия Mitop; контакта индикатора повреждения SDE; контакта с дистанционным возвратом SDE;
электрического механизма дистанционного управления (мотор-редуктора, катушки включения XF); контакта готовности к включению PF;
максимального количества вторичных контактов: 4 НЗ, 5 НО, 2 перекидных контактов.
Комплект проводов НН
Набор из 21 или 42 проводников длиной 2 м, оснащенных клеммами, которые адаптируются к разъемам НН и могут быть использованы для присоединения к отсеку НН ячейки.
Гибкий кабелепровод
Кабелепровод длиной 525 мм со штепсельным разъемом обеспечивает безопасность электропроводки, которая соединяет выключатель с отсеком НН ячейки.
Комплект блокировок
Для выключателя, предназначенного для выкатной версии, может быть применен комплект блокировок. Этот комплект позволяет наглядно видеть текущее положение (вкл./откл.) разъема НН. Путем добавления связи между индикаторами состояния разъема и положения (откл./вкл.) выключателя можно установить блокировку между разъемом и положением выключателя (согласно МЭК 62271-200.)
Детальное объяснение дано в инструкции по монтажу.
установка катушки отключения
Состав устройств
Отключение выключателя производится с использованием следующих устройств:

  1. катушки отключения (MX1);
  2. второй катушки отключения (MX2);
  3. катушки минимального напряжения мгновенного действия (MN);
  4. катушки минимального напряжения с выдержкой времени (MNR: MN + реле выдержки времени). Действие устройства выдержки времени может быть прекращено при аварийном нажатии кнопки "стоп", чтобы разъединить цепь;
  5. реле прямого действия Mitop.

Примечание: см. таблицу на следующей странице.
Катушка отключения MX1 и MX2
Включение этих катушек ведет к мгновенному разъединению цепи.
Катушка отключения
Характеристики
Питание Смотри страницу заказов

Потребление(ВА или Вт)

200 (в течение 200 мс)

Катушка отключения (MX1 и MX2)
При постоянном питании MX блокирует выключатель в положении «отключен» .

Катушка минимального напряжения мгновенного действия MN
Катушка минимального напряжения мгновенного действия MN
Эта катушка отключает выключатель, когда электроснабжение уменьшается до значения менее 35% от номинального напряжения, даже если понижение напряжения происходит медленно и постепенно.
Она может отключать выключатель при напряжении от 35 до 75% от номинального. Если катушка расцепителя не снабжается энергией, ручное или электрическое включение невозможно. Включение выключателя возможно, когда электроснабжение катушки составляет 85% от номинального напряжения.

Катушка минимального напряжения (MN)
Катушка минимального напряжения (MN)

Отключение 0,35 — 0,7 Uном.

Включение 0,85 Uном.

Потребление (ВА или Вт)

При срабатывании 200(в течение 200 мс)

При удержании 4,5

Устройство выдержки времени катушки минимального напряжения (MN)
Реле времени для катушки минимального напряжения MN
Реле прямого действия Mitop
Реле прямого действия Mitop
Для исключения ложных отключений выключателя в случае кратковременного спада напряжения используют расцепитель с выдержкой времени.
Эта функция реализуется добавлением внешнего регулируемого реле времени в цепь расцепителя минимального напряжения.
Это устройство располагается вне выключателя и может быть дезактивировано нажатием аварийной кнопки "стоп" для мгновенного отключения выключателя.

Читайте так же:
Конечные выключатели для задвижек с электроприводом

Отключение 0,35 — 0,7 Uном.

Включение 0,85 Uном.

Потребление (ВА или Вт)

При срабатывании 200 (в течение 200 мс)

При удержании 4,5

0,5 с — 0,9 с — 1,5 с — 3 с

Реле прямого действия Mitop
Это особая катушка отключения, характеризующаяся низким потреблением энергии. Работает совместно с Sepam 100LA ("REFLEX MODULE") или реле VIP.

Любое отключение расцепителем Mitop сигнализируется переключающими контактами сигнализации аварийного отключения SDE.
В состав Mitop входит катушка, обеспечивающая дистанционный взвод контактов SDE. Примечание:
При использовании Mitop необходимо настроить выдержку времени реле защиты так, чтобы обеспечить время отключения выключателя в пределах45-50 мс.
Таблица комбинаций катушек отключения

электромагнитный привод вакуумного высоковольтного выключателя

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромагнитным приводам высоковольтных вакуумных выключателей с магнитной защелкой. Техническим результатом является улучшение эксплутационно-технических характеристик привода, повышение надежности и упрощение управления при наименьших затратах энергии. Электромагнитный привод с одним устойчивым состоянием магнитной системы содержит магнитопровод, якорь, установленные с возможностью перемещения, катушку управления и постоянные магниты, установленные в магнитной системе с ориентацией одноименных полюсов в сторону рабочего зазора, последовательно с магнитным потоком, создаваемым катушкой управления. Причем магнитная система содержит, по крайней мере, четыре постоянных магнита, образующих совместно с магнитопроводом и якорем четыре параллельные магнитные цепи. Привод может быть снабжен механизмом ручного отключения, содержащим, по крайне мере, две магнитомягкие пластины. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения

1. Электромагнитный привод вакуумного высоковольтного выключателя, содержащий магнитопровод из магнитного материала, круглый якорь, перемещающийся в двух направляющих в пределах рабочего зазора, постоянные магниты высокой энергии на основе соединений редкоземельных элементов, установленные в магнитной системе с ориентацией одноименными полюсами в сторону рабочего зазора, одну катушку управления, отличающийся тем, что имеет однопозиционную, с одним устойчивым состоянием магнитную систему, которая имеет, по крайней мере, четыре постоянных магнита, образующих совместно с магнитопроводом и якорем четыре параллельные магнитные цепи, в каждой из которых постоянные магниты своими полюсами установлены последовательно с образующимся при включении и отключении магнитным потоком катушки управления.

2. Электромагнитный привод по п.1, отличающийся тем, что имеет механизм ручного отключения, содержащий как минимум две магнитомягкие пластины, за счет которых происходит шунтирование основного магнитного потока двух из четырех магнитных цепей и таким образом обеспечивающий ослабление его в рабочем зазоре и отключение при сравнительно невысоких затратах энергии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромагнитным приводам высоковольтных вакуумных выключателей с магнитной защелкой.

Известные электромагнитные приводы высоковольтных вакуумных выключателей в общем случае состоят из мощного включающего электромагнита, механического удерживающего устройства (защелки), кинематических звеньев и цепей передачи усилия от электромагнита к вакуумным дугогасительным камерам (КДВ), отключающего электромагнита и расцепителей защиты присоединений.

Недостатком таких приводов является их многозвенная система кинематического соединения от штока якоря к механизмам поджатия КДВ, большая масса и сложная система отключения выключателя при оперативном и аварийном его отключении, обязательное наличие механической защелки, а также большое потребление энергии от сети питания.

В настоящее время существует новое поколение вакуумных выключателей, имеющих приводную часть с электромагнитными приводами и удерживающими устройствами на постоянных магнитах.

К такому типу электромагнитных приводов относятся привода, разработанные в СП РЗВА, г.Ровно и на предприятии «Таврида-электрик», г.Москва. Электромагнитный привод, состоящий из шихтованного магнитопровода, якоря, выполненного в форме прямоугольной призмы, двух катушек управления, двух установленных соосно постоянных магнитов из соединений редкоземельных элементов, которые образуют две магнитные цепи, называемые «магнитными защелками», в которых фиксируется якорь в двух устойчивых положениях «включено» и «отключено», причем постоянные магниты установлены таким образом, что формируются параллельные магнитные потоки от управления катушек и постоянных магнитов (патент РФ №2214640, Н01Н 33/66).

Близким по технической сути к предлагаемому изобретению является также привод с «магнитной защелкой», разработанный на предприятии «Таврида-электрик» для выключателей серии BB/TEL (патент РФ №2020631, Н01Н 33/66), состоящий из круглого якоря, верхней и нижней плит, составляющих основной магнитопровод, катушки управления и кольцевого магнита, выполненного из магнитотвердого сплава и охватывающего катушку. Привода устанавливаются под каждым полюсом выключателя. При включении привода катушка управления электромагнита создает необходимую энергию электромагнитного поля для преодоления противодействующих сил и одновременно с этим намагничивается кольцевой магнит до определенного значения остаточной индукции, необходимой для удержания якоря во включенном состоянии. При отключении в катушку управления подается импульс обратной полярности, кольцевой магнит размагничивается до некоторого минимального значения остаточной индукции и привод снимается с магнитной защелки, т.е. происходит отключение выключателя.

К существенным недостаткам привода, разработанного на СП РЗВА, следует отнести то обстоятельство, что как и у всякой двухпозиционной устойчивой системы существенно затруднено ручное включение выключателя, т.к. при этом необходимо преодолеть довольно значительное усилие удержания якоря магнитным полем постоянных магнитов, чтобы перевести систему из одного устойчивого положения в другое, а также наличие двух катушек управления и большие массогабаритные характеристики данного типа привода.

К недостаткам привода для выключателей серии BB/TEL предприятия «Таврида-электрик» следует отнести зависимость степени остаточной намагниченности кольцевого магнита при включении от колебаний питающего напряжения, например, при понижении питающего напряжения количество энергии, расходуемое на намагничивание кольцевого магнита, уменьшится, в результате чего магнитное кольцо намагнитится до меньшего значения остаточной индукции, что повлияет на усилие удержания в сторону его уменьшения. Кроме того, в выключателях серии BB/TEL применяются три магнита с магнитной защелкой под каждым полюсом, что усложняет схему управления этой системой электромагнитов, а это приводит к снижению надежности выключателя.

Читайте так же:
Автоматический выключатель 3р авв sh203l d63

Эти недостатки снижают эксплуатационно-технические характеристики приводов.

Предлагаемое изобретение — это новый тип электромагнитного привода, использующего принцип «магнитной защелки», в котором отсутствуют недостатки, присущие прототипам.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача создания нового типа электромагнитного привода, который удовлетворяет всем требованиям ГОСТ 687-78, предъявляемым к эксплуатационно-техническим характеристикам выключателей на основе такого типа приводов, и вместе с тем является многофункциональным, объединяющим функции включения-выключения выключателя, а также является элементом защиты присоединений и выполнен в едином механизме. При этом улучшены технико-экономические и массогабаритные характеристики, надежность и легкость управления при наименьших затратах энергии.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что электромагнитный привод вакуумного высоковольтного выключателя, содержащий магнитопровод из магнитного материала, круглый якорь, перемещающийся в двух направляющих в пределах рабочего зазора, постоянные магниты высокой энергии на основе соединений редкоземельных элементов, установленные в магнитной системе с ориентацией одноименными полюсами в сторону рабочего зазора, одну катушку управления, отличается тем, что имеет однопозиционную, с одним устойчивым состоянием магнитную систему, которая имеет, по крайней мере, четыре постоянных магнита, образующих совместно с магнитопроводом и якорем четыре параллельные магнитные цепи, в каждой из которых постоянные магниты своими полюсами установлены последовательно с образующимся при включении и отключении магнитным потоком катушки управления, при этом имеет механизм ручного отключения, содержащий как минимум две магнитомягкие пластины, за счет которых происходит шунтирование основного магнитного потока двух из четырех магнитных цепей и таким образом обеспечивающий ослабление его в рабочем зазоре и отключение при сравнительно невысоких затратах энергии.

Изобретение поясняется чертежами:

на фиг.1 изображен привод вакуумного выключателя во включенном состоянии;

на фиг.2 — механизм ручного отключения, вид В.

Конструктивно электромагнитный привод вакуумного выключателя состоит (фиг.1) из цилиндрического якоря 3 со штоком 10, нижней опорной плиты 8, фланца 2, четырех планок 4, выполненных из магнитомягкого материала, двух бронзовых втулок направляющих якоря — верхней 1 и нижней 9, поводка 11, кинематически связывающего якорь с рычагом промежуточного вала выключателя, восьми опорных стоек 14 из немагнитного материала, катушки управления 5 и четырех постоянных магнитов высокой энергии, изготовленных на основе редкоземельных элементов 6.

В состав привода входит и механизм ручного отключения, состоящий из вала 12, двух подшипников скольжения 15, двух ферромагнитных пластин 7, выполненных из магнитомягкого материала и рычага управления 13.

Работа электромагнитного привода происходит следующим образом.

При подаче напряжения управления постоянного тока на обмотку катушки 5 электромагнита в ней возникает магнитное поле, направленное последовательно и согласно с магнитным полем постоянных магнитов 6 в рабочий зазор, в результате чего якорь перемещается в сторону уменьшения рабочего зазора к нулю и совершает при этом определенную работу, и через рычаг промежуточного вала выключателя включает его, а при снятии рабочего напряжения с катушки якорь удерживается в притянутом к нижней плите 8 положении энергией магнитного поля постоянных магнитов 6, при этом выключатель остается во включенном положении. Такая кинематическая схема обеспечивает минимальное количество звеньев и как следствие минимальный износ деталей на протяжении всего срока эксплуатации. Для отключения выключателя необходимо подать на управляющую катушку напряжение обратной полярности. Возникающий магнитный поток катушки при этом направлен встречно магнитному потоку постоянных магнитов и компенсирует его действие, уменьшая удерживающее усилие. Под воздействием энергии сжатых пружин поджатия КДВ и отключающей пружины выключатель отключается. В режиме удержания якоря результирующая сила магнитного поля постоянных магнитов составляет 1600÷2300 Н. Такое усилие обеспечивает надежную фиксацию КДВ во включенном положении, в том числе в условиях значительных вибраций и ударов.

Для перевода выключателя из включенного положения в отключенное вручную необходимо переместить рукоятку 13 (фиг.2, вид В) влево таким образом, чтобы пластины 7 вошли в зацепление с двумя магнитными цепями в зоне установки постоянных магнитов 6 и замкнули магнитные потоки от этих двух магнитов по кратчайшему пути. При этом результирующее удерживающее усилие резко уменьшается и под воздействием пружин поджатия КДВ и отключающей пружины выключатель отключается. После завершения операции отключения рукоятка 13 и пластины 7 возвращаются в исходное (фиг.2, вид В) положение.

Таким образом, предлагаемый электромагнитный привод обладает рядом достоинств, по сравнению с существующими приводами на силовых электромагнитах:

— малые токи потребления при операциях «включено» и «отключено»;

— стабильность характеристик при колебаниях питающего напряжения в широком интервале значений;

— любое рабочее пространственное положение;

— безусловное выполнение требований ГОСТ 687-78 в части установки выключателя на защелку (полного включения) в условиях короткого замыкания в главных цепях и быстрого спада питающего выключатель оперативного напряжения;

— легкость ручного включения и отключения выключателя;

— существенно меньший «дребезг» главных контактов КДВ при проведении операции «включено».

Предлагаемое изобретение позволит создать высокотехнологическую, эффективную, многофункциональную и малогабаритную серию электромагнитных приводов нового типа с необходимыми мощностями управления для создания на их базе нового поколения вакуумных выключателей.

Опытный образец предлагаемого электромагнитного привода с магнитной защелкой прошел все нормативные испытания на базе серийно выпускаемого выключателя типа ВБ 10-20 с КДВ типа КДВА-5 и подтвердил соответствие расчетных параметров требованиям, предъявляемым к вакуумным выключателям с электромагнитным приводом зависимого (прямого) действия ГОСТ 687-78, в том числе и в части решения задач аварийной защиты присоединений.

Читайте так же:
Выключатель для дрели sparky

Официальная публикация
патента РФ № 2310941

patent-2310941.pdf

Катушка привода для вакуумного выключателя

Изобретение относится к электротехнике, в частности к выключателям и их приводам.

Известен электромагнитный привод вакуумного выключателя (патент РФ №2310941, 20.11.2007 г.), содержащий магнитопровод из магнитного материала, якорь, перемещающийся в двух направляющих в пределах рабочего зазора, постоянные магниты высокой энергии на основе соединений редкоземельных элементов, установленные в магнитной системе с ориентацией одноименными полюсами в сторону рабочего зазора, одну катушку управления. Привод имеет однопозиционную, с одним устойчивым состоянием магнитную систему, которая имеет, по крайней мере, четыре постоянных магнита, образующих совместно с магнитопроводом и якорем четыре параллельные магнитные цепи, в каждой из которых постоянные магниты своими полюсами установлены последовательно с образующимся при включении и отключении магнитным потоком катушки управления.

Известен также электромагнитный привод вакуумного выключателя (патент РФ №82929, 10.05.2009 г.), содержащий верхний и нижний магнитомягкие магнитопроводы, магнитомягкий якорь, катушку электромагнита, магнитотвердое наружное кольцо с встроенным кольцевым постоянным магнитом и пружину отключения.

Недостатками вышеуказанных аналогов являются противодействие постоянных магнитов при изменении на противоположное поля электромагнита для отключения, а также эрозия зеркала замковой зоны магнитной защелки от вихревых токов при частом замыкании-размыкании привода.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является вакуумный выключатель модульный серии «TEL» (патент РФ №2020631, 30.09.1994 г.), где электромагнитный привод содержит магнитную защелку и единую катушку на включение и отключение, причем защелка формируется в удерживающем пояске в виде кольцевой замковой зоны. Ярмо электромагнита выполнено из магнитотвердого материала, а якорь и остальные детали привода — магнитомягкие.

Недостатками вышеуказанной конструкции является нестабильность сохранения намагниченности ярма, а также формирование, при частых коммутациях, эрозии на поверхности удерживающего пояска якоря вследствие воздействия паразитных токов, формирующих поток размагничивания, и накопление продуктов сгорания в рабочей замковой зоне, что приводит к самоотвалу защелки.

Задачей изобретения является уменьшение влияния паразитных токов на работу быстродействующего электромагнитного привода.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности привода путем снижения эрозии зеркала замковой зоны и размагничивания магнитотвердого ярма.

Технический результат достигается использованием электромагнитного привода выключателя, содержащего верхний магнитопровод, магнитопровод-направляющую, якорь с удерживающим пояском, магнитотвердое ярмо, отключающую пружину и катушку электромагнита, также немагнитную токопроводящую втулку, установленную соосно магнитотвердому ярму и эквидистантно внутренней поверхности катушки, враспор между верхним магнитопроводом и магнитопроводом-направляющей, причем внутренняя поверхность немагнитной токопроводящей втулки имеет гарантированный зазор с якорем, а ее высота выполнена на 1,5-2 хода якоря.

Магнитотвердое ярмо, катушка электромагнита и немагнитная токопроводящая втулка выполняются геометрически подобными, например, в форме кольца или многоугольника.

Наличие верхнего магнитопровода, магнитопровода-направляющей, якоря с удерживающим пояском, магнитотвердого ярма, отключающей пружины, катушки электромагнита, расположение втулки из немагнитного токопроводящего материала таким образом, чтобы ось устройства совпадала с осью катушки и магнитотвердого ярма, а торцы упирались в верхний магнитопровод и магнитопровод-направляющую, также выполнение внешней поверхности немагнитной токопроводящей втулки эквидистантно внутренней поверхности катушки электромагнита, внутренней поверхности втулки с гарантированным зазором с якорем, а ее высоты — на 1,5-2 хода якоря позволяют сформировать внутри основного магнитного потока локальный или вложенный магнитный поток, пересекающий удерживающий поясок якоря и имеющий направление, противоположное потоку катушки включения. Формирование встречных магнитных потоков в зоне концентрации силовых линий якоря порождает вихревые токи противоположного знака, взаимно нейтрализующие друг друга, что снижает эрозию замковой зоны и размагничивание магнитотвердого ярма, что, в свою очередь, повышает надежность электромагнитного привода.

Немагнитная токопроводящая втулка по сути является барьером-преобразователем, так как она позволяет создать «барьер» для проникновения части энергии катушки в рабочую зону электромагнита и «преобразовать» эту энергию в магнитное поле противоположного знака, локализованного в рабочей зоне пояска на ход якоря.

На фиг. 1 изображен продольный разрез привода в отключенном состоянии; на фиг. 2 изображен выносной элемент А фиг. 1 с немагнитной токопроводящей втулкой; на фиг. 3 показан электромагнит и условное распределение магнитного поля в момент подачи питания на катушку; на фиг. 4 — в момент движения якоря; на фиг. 5 — в момент замыкания магнитной системы; на фиг. 6 — в момент снятого питания с катушки; на фиг. 7 — график изменения тока в катушке электромагнита при включении; на фиг. 8 — график хода якоря в электромагните при включении.

Электромагнитный привод выключателя состоит из верхнего магнитопровода 1, магнитопровода-направляющей 2, якоря 3 с удерживающим пояском 4, магнитотвердого ярма 5, отключающей пружины 6, катушки электромагнита 7 и немагнитной токопроводящей втулки 8. При этом магнитотвердое ярмо 5, катушка электромагнита 7 и немагнитная токопроводящая втулка 8 могут иметь, например, форму кольца или многоугольника (фиг. 1, фиг. 2).

Электромагнитный привод работает следующим образом. При подаче тока включения на катушку электромагнита 7 в магнитном контуре, образованном магнитопроводом 1, магнитопроводом-направляющей 2, якорем 3, магнитотвердым ярмом 5, формируется поле, сила которого перемещает якорь 3 в направлении уменьшения зазора. Якорь 3 сжимает пружину отключения 6. При соприкосновении деталей 3 и 1 происходит постановка на магнитную защелку, которая формирует замковую зону в удерживающем пояске 4. Удерживание якоря 3 происходит за счет насыщения магнитотвердого ярма 5. Сила удержания замковой зоны превышает силу пружины 6.

Читайте так же:
Двухклавишный проходной выключатель simon схемы

Отключение реализуется подачей в катушку 7 тока, противоположного включению. Индукция в магнитной системе привода уменьшается и магнитная защелка сбрасывается. Якорь 3 под действием пружины 6 ускоренно движется в исходное положение (фиг. 6).

Намагничивание в электромагните нелинейно, то есть изменение тока dI/dt не равно нулю, кроме экстремумов (см. фиг. 7), соответственно и изменение основного магнитного потока во времени нелинейно. Такие процессы всегда сопровождаются возникновением вихревых паразитных токов в стали, которые создают свой встречный магнитный поток, стремящийся ослабить намагничивание, а при замыкании-размыкании, вихревые токи образуют дугу в замковой зоне. Ток дуги создает эрозию поверхностей и образование продуктов сгорания металла. Для нейтрализации паразитных токов и усиления намагничивания, привод снабжают немагнитной токопроводящей втулкой 8, которую устанавливают соосно с катушкой 7, торцами враспор между верхним магнитом 1 и магнитопроводом-направляющей 2 (фиг. 2). Внешняя поверхность немагнитной токопроводящей втулки 8 выполняется эквидистантно внутренней поверхности катушки 7, внутренняя поверхность немагнитной токопроводящей втулки 8 имеет гарантированный зазор с якорем 3, а высота немагнитной токопроводящей втулки должна быть выполнена на 1,5-2 хода якоря 3.

Нейтрализация паразитных токов осуществляется созданием локального или вложенного, встречного магнитного потока немагнитной токопроводящей втулки 8, охватывающей зону движения магнитного пояска 4 (см. фиг. 3).

Работает немагнитная токопроводящая втулка 8 в предлагаемом устройстве следующим образом. На катушку 7 электромагнита подают постоянный ток. В интервале времени t1-t2 ток электромагнита нарастает до максимального значения Imax. Одновременно нарастает основной магнитный поток, который возбуждает электрический ток в немагнитной токопроводящей втулке 8, противоположный току катушки 7, при этом указанная втулка 8 образует свое магнитное поле, встречное основному и образующее «коридор» на ход якоря 3. Таким образом, немагнитная токопроводящая втулка 8 создает «барьер» для проникновения части энергии катушки 7 в рабочую зону электромагнита и «преобразует» эту энергию в магнитное поле противоположного знака, локализованного в рабочей зоне пояска 4.

Концентрация вихревых паразитных токов от основного магнитного потока происходит в зоне пояска 4, а магнитное поле от немагнитной токопроводящей втулки 8 также концентрируется в этой зоне. Магнитное поле указанной втулки 8 также формирует в пояске 4 вихревые токи, но противоположного знака. В результате в интервале t1-t2 формируются четыре магнитных потока: основной, направленный в сторону уменьшения зазора электромагнита; вложенный от указанной втулки 8, направленный противоположно основному; поток, ослабляющий основной, от вихревых токов в пояске 4 и сонаправленный вложенному; поток, ослабляющий вложенный, от вихревых токов в пояске 4 и сонаправленный основному. На участке t2-t3 якорь 3 движется (см. фиг. 4) в «коридоре» поля, сформированного указанной втулкой 8 и основным полем электромагнита до контакта пояска 4 с верхним магнитопроводом 1, причем момент начала движения tгр (см. фиг. 8) якоря 3 происходит несколько раньше t2. Это вызвано действием немагнитной токопроводящей втулки 8, облегчающим начало движения якоря 3. На участке t3-t4 электромагнит (см. фиг. 5) встает на замок и домагничивается током Iдом (см. фиг. 7) до насыщения, при этом взаимодействие магнитных потоков не прекращается. В момент t4 отключают питание электромагнита (см. фиг. 7). На участке t4-t5 происходит падение тока до нуля, при этом одновременно затухает ток катушки 7 и ток указанной втулки 8 (см. фиг. 6), а магнитный поток насыщенного магнитотвердого ярма 5 удерживает магнит.

Немагнитные свойства втулки 8 необходимы для избежания потерь на собственные вихревые токи и излишнего разогрева.

Токопроводящие свойства указанной втулки 8 позволяют электрически замкнуть магнитную систему с целью искусственного переброса токов магнита в зону минимального сопротивления, в тело втулки 8.

Соосность немагнитной токопроводящей втулки 8 с катушкой 7 важна для равномерности взаимодействия магнитных потоков. Установка указанной втулки 8 враспор между верхним магнитопроводом 1 и магнитопроводом-направляющей 2, а также эквидистантность его внешней поверхности с внутренней поверхностью катушки 7 необходимы для прочного удержания, так как токи в указанной втулке 8 значительны. Внутренняя поверхность втулки 8 выполняется с гарантированным зазором с якорем 3 для избежания заклинивания последних при разогреве привода. Это особенно важно при частых коммутациях. Высота указанной втулки 8, равная 1,5-2 хода якоря 3, получена экспериментально и обеспечивает оптимальные условия для создания электромагнитного «коридора», в котором нейтрализуются вихревые токи пояска 4.

Предлагаемое устройство было опробовано. Привод прототипа выдерживал максимум 15000 коммутаций с интервалом «включение» — 4 сек — «отключение» — 4 сек, после чего происходил самоотвал привода из-за значительного размагничивания магнитотвердого ярма, накопления продуктов эрозии в замковой зоне и кратерообразования на зеркале магнитной защелки. Предлагаемый электромагнитный привод с немагнитной токопроводящей втулкой 8, выполненной из меди сечением 11 мм 2 , выдержал испытания в 50000 коммутаций с тем же интервалом между «включением»-«отключением», при этом увеличилась сила притяжения якоря более чем в 1,5 раза, поверхность магнитной защелки практически не содержала следов эрозии, а удержание магнитного замка в конце испытаний снизилось не более 35%.

Использование заявляемого изобретения позволяет уменьшить влияние паразитных токов на работу быстродействующего электромагнитного привода без дополнительных затрат энергии и автоматизировать данный режим.

Введение нового элемента — немагнитной токопроводящей втулки — в указанной связи с остальными элементами в заявляемом техническом решении позволяет получить качественно новые режимы работы устройства, что приводит к снижению эрозии зеркала замковой зоны и повышению стабильности намагниченности магнитотвердого ярма и, как следствие, повышению надежности функционирования устройства в целом.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector