Индукционно-динамический привод высоковольтных коммутационных аппаратов Советский патент 1989 года по МПК H01H33/42 

15

20

25

Изобретение относится к электро- ехнике, а именно к быстродействуюим приводам высоковольтных коммутаионных аппаратов, в частности к риводам выключателей постоянного тока с вакуумными дугогасительными каерами с номинальными токами отклюения в несколько десятков килоампер ри возвращающемся напряжении в не- о сколько десятков киловольт.

Цель изобретения - уменьшение габаритов и массы привода, увеличение его надежности, срока служ бы и

кпд.

На фиг. 1 показана схема привода , (продольный разрез); на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (с частично удаленной катушкой в одном из пазов магнитопровода)J на фиг. 3 - диск якоря, вид сверху; на фиг. 4 - частичная развертка по цилиндрическому сечению В-В на фиг. 2 в процессе работы привода; на фиг. 5 - то же, . продольный разрез в процессе работы привода.

Б корпусе 1 (фиг. 1) закреплена направляющая 2 приводного штока 3, одновременно являющаяся опорой магни- топровода 4, намотанного из ферромагнитной ленты (электротехнической стали) толщиной 0,2-0,3 мм на внутреннюю изоляционную втулку 5 и вставленного в наружную изоляционную втулку 6. В верхней части магнитопрово- 35 да выполнены шесть прямоугольных пазов . 7 (фиг. 2), равномерно расположенных ; по окруркностн с центром в оси штока 3 - оси привода.

В пазах 7 расположены равномерно 40 по окружности три катушки 8 индуктора, опирающиеся на изоляционные втулки 5 и 6, От штока 3 катушки 8 отделены изоляционной втулкой 9. Изоляционные втулки 5,6 и 9 вместе с 45 усиленной изоляцией внутренней поверхности катушек со стороны магнито- провода обеспечивают надежную изоляцию катушек при их питании от емкостей (не показаны), заряженных до не- сп скольких киловольт, Заливка указанных деталей (кроме штока) эпоксидным компаундом до уровня несколько ниже верхнего уровня катушек делает кон,30

струкцию привода весьма прочной и надежной,

Как видно из фиг. 2 сечения магни- топровода вьше дна пазов 7 представляют собой шесть сегментных высту5

0

25

о

35

40 45 сп

30

55

пов 10, На эти выступы надет диск 11 окнами 12 (фиг. 3), имеюш ми конфигурацию, аналогичную выступам 10, но несколько большего размера. Диск опирается по своей периферии на изоляционную втулку 6, несколько выступающую (на величину, х, фиг. 1) над верхним уровнем катушек. Зазор Хо выбирается минимальным для получения максимальной начальной силы. Практически х 0,2-0,3 мм. Циск является якорем и образует при работе привода три короткозамкнутых витка (фиг. 3) соответственно катушкам (фиг. 2). Шток 3 проходит через центральное круговое окно 13 в диске и опирается на него своей головкой 14 (фиг. 1).

Привод работает следующим образом.

При разряде конденсаторной батареи на катушки 8 индуктора (фиг. 1 и 2) создается импульсное магнитное Поле, наводящее ЭДС ,а следовательно, ток в короткозамкнутых витках диска 11 (фиг. 3 и 4) противоположного току катушек направления. При взаимодействии токов катушек и диска появляются.отталкиваюсще диск силы. Перемещение диска 11 передается штоку 3 через его головку 14, в результате чего переключаются контакты выключателя (не показан).

Кроме того, во многих коммутационных аппаратах в результате срабатывания привода взводятся пружины и шток фиксируется на защелке (эти элементы не рассматриваются). После снятия с защелки шток с ;5иском возвращаются в исходное положение (фиг. 1). При этом диск садится на наружную изоляционную втулку 6, а не на катушки 8, что предотвращает их разбивание при большом числе коммутаций.

Как видно из фиг, 4 магнитный поток проходит вдоль тонких лицтов ферромагнетика и по воздуху по ширине b паза 7. Такая шихтовка магнито- провода устраняет почти полностью вихревые токи. В случае неполного насьш ения матнитопровода почти вся энергия магнитного поля сосредоточивается в зазоре между катушками и диском, создавая наибольшее магнитное давление на диск, С ростам индукции сверх насьт ения магнитопрово- да растет рассеяние магнитного поля, приводящее к уменьшению КПД привода.

51

Размеры сечения магнитопровода, величина индуктивности катушек и емкости питающих конденсаторов определяют весогабаритные параметры приво да и его экономичность. Для срабатывания привода за 2-4 мс целесообразно работать за пределами насыщения магнитопровода, что дает выигрыш в сечении ферромагнетика и габаритах привода. При увеличении подвижных масс-КПД привода падает с ростом частоты процесса из-за волновых явлний и может оказаться выгодным некоторое увеличение сечения магнитопровода и привода. Оптимальный вариант может быть получен вариантныг«1 рассчетами и уточнением в эксперименте .

Важными конструктивны т параметрами привода являются толщина диска 11, ширина b и глубина а паза 7. Толщина диска зависит от глубины проникновения магнитного поля в диск, которая определяется частотой процесса и удельной проводимостью матеГ7

риала диска Ь « Т(- (для частот 1001000 Гц h 7-2 мм), а также прочностью диска. Поскольку наиболее нагруженным сечением перемычек 15, соединяюпщх наружное кольцо диска с внутренним, является сечение В-В, целесообразно диск выполнять переменной толщины - с увеличением к, центру. При этом у еньшаются подвижные массы и, соответственно, растет КПД.

Высота паза и магнитопровода определяется толщиной диска, требуемым перемещением штока и высотой катушки. С увеличением высоты катушки уменьшается сила воздействия на диск из-за увеличения расстояния между взаимодействующими токами катушки и диска, С уменьшением высоты катушки увеличиваются оьшческие потери в обмотке. При сохранении неизменной намагничивающей силы размеры катушки можно уменьшить путем уменьшения числа витков, но при этом увеличенный ток предъявляет жесткие требования к прочности и жесткости катушек и соединительных проводов. Поэтому ток в катушке ограничивается величиной 1,5-2 кА.

Уменьшение ширины b паза 7 (фиг. 2) ведет к увеличению баласт1779

ного веса лобовых частей, уменьшает прочность катушки и диска из-за уменьшения сечения перемычек 15 (фиг. 3), но при этом улучшается использование сечения магнитопровода. При увеличении относительной ширины паза раньше наступает насыщение магнитопровода, увеличивается прочность

д катушек и диска, уменьшается рассеивание поля, ухудшается использование магнитопровода. Опыт показывает, что оптимум отношения ширины паза к ширине среднего конического сечения

15 выступа магнитопровода лежит в районе 0,2-1.

Из фиг. 2 и 3 видно, ЧТ.О-количество пазов в магнитопроводе, равное шести, и три катушки являются опти20 мальными. При меньшем количестве пазов и катушек улучшается использование сечения магнитопровода, но резко уменьшается прочность катушек и, особенно, диска из-за малого количест25 ва перемычек, При большем количестве пазов и катушек увеличивается прочность системы, но ухудшается использо- вание сечения магнитопровода, что - приводит к требованию увеличения диа-д метра привода, уменьшающему выигрыш в прочности.

Равномерное размещение катушек вокруг штока обеспечивает симметрию прикладываемь х к диску и штоку сил и повышает наделсность привода. Таким

35 образом, в отличие от прототипа выполнение магкитопровода шихтованным по спирали вокруг штока с радиальными пазами ис :лючает прохождение магнитного потока по литому телу штока,

что значительно повьшгает КПД и упрощает изготовление привода.

Применен1 е изобретения позволяет создать компактный, надежный, мало- инерционны, быстродействующий, с

большим сроком службы (несколько десятков тысяч комьгутаций), технологичный, с высоким КПД привод высоковольтных выключателей, г

Данный привод использован в вакуумном выключателе постоянного тока на напряжение 20 кВ к ток 5 кА. Он перемещает массы около 20 г за 2- 3 МС на расстояние 10-12 мм. Габаритный диаметр привода равен 180 мм. При испытаниях привод наработал 10000 циклов Включено - Отключено без малеЙ1;я1х неисправностей. Полныи ресурс составляет, по-видимому, десятки тысяч коммутаций.

Экономический эффект от применения привода в высоковольтных выключа телях заключается в его технологичности, малых габаритах, высоких ресурсе и надежности.

формула изобретения

Индукционно-динамический привод высоковольтных коммутационных аппа- р|атов, содержащий индуктор в виде йноговитковых катушек, якорь в виде щороткозамкнутого витка, магнитопро- аод, приводной шток, о т л и ч а- ri щ и и с я тем, что, с целью умень Шёния габаритов и массы привода, увеличения его надежности, срока службы и КПД, магнитопровод выполнен в виде вставленного в концентричные изоляционные втулки полого цилиндра из спирально намотанной ферромагнитной ленты, а в нем и во втулках имеется четное количество равномерно расположенных по окружности радиальных па-., зов, в которые вставлено половинное Относительно количества пазов число катушек индуктора, также расположенных равномерно по окружности, причем короткозамкнутый виток выполнен в виде диска с окнами, которыми он надет на выступы магнитопровода; и опирается на наружную изоляционную втулку, шток привода проходит через центральное окно диска.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к быстродействующим приводам высоковольтных коммутационных аппаратов, а именно к приводам выключателей постоянного тока с вакуумными дугогасительными камерами с номинальным током отключения в несколько десятков килоампер при возвращающемся напряжении в несколько десятков киловольт. Цель изобретения - уменьшение габаритов и массы привода, увеличение его надежности и срока службы. Магнитопровод привода выполнен в виде вставленного в изоляционные втулки 5,6 полого цилиндра 4 из спирально намотанной ферромагнитной ленты с проклейкой между витками, в котором имеются равномерно расположенные по окружности радиальные пазы. В пазы вставлены катушки 8 индуктора, также расположенные по окружности. Короткозамкнутый виток выполнен в виде диска 11 с окнами 12, которыми он надет на выступы магнитопровода. Диск опирается на одну из изолированных втулок, а шток 3 привода проходит через центральное окно диска. Количество пазов магнитопровода выбрано четным, а количество катушек равно половине количества пазов. Привод содержит также индуктор в виде многовитковых катушек и якорь в виде короткозамкнутого витка. 5 ил.

12

//

фигЛ