Индукционно-динамический привод высоковольтных коммутационных аппаратов Советский патент 1990 года по МПК H01H33/666 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к быстродействующим приводам высоковольтных коммутационных аппаратов, в частности к приводам выключателей постоянного тока с вакуумными дугогасительными камерами (ВДК).

Цель изобретения - уменьшение расхода активных материалов, повышение КПД и надежности.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема данного привода в исходном состоянии, общий вид, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, в сработавшем состоянии привода; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 1 (вид на короткозам- кнутые витки и якорь).

В корпусе 1 закреплены коаксиальные изоляционные втулки 2 и 3, в которые вставлен тороидальный магнитопро- вод 4 из спирально намотанной ленточной электротехнической стали. В верхней части магнитопровода и изоляционных втулок выполнены шесть прямоугольных радиальных пазов 5 (фиг. 3), равномерно расположенных по окружности. В пазах закреплены три катушки 6 индуктора также равномерно по окружности. Через центр корпуса и центральное окно 7 якоря, выполненного в виде приводного диска 8 (фиг. 4) проходит шток 9 выключателя, опирающийся на диск 8. Пестью окнами 10 диск 8 насажен на выступы 11 магнитопровода над катушками, образованные между пазами 5, в которых находятся перемычки 12 диска 8. Между катушками 6 и диском 8 в пазах размещены три короткозамк- нутых витка 13, по форме совпадающие с катушками 6. Витки 13 представляют собой пластины из материала с хорошей электропроводностью, например из меди. Диск 8 выполнен из материала с высокой жесткостью и прочностью, например из закаленной стали. Толщина перемычек 12 увеличивается от периферии к центру для получения минимальной массы при требуемой прочности.

Привод работает следующим образом.

При разряде конденсаторной батареи на катушке 6 индуктора (фиг. 1 и 3)

о 9

(Л

СП

оо о

Јь 00 СЛ

создается импульсное магнитное поле, наводящее ЭДС и, следовательно, ток в короткозамкнутых витках 13 (фиг. 4), противоположно направленный току в катушках. При взаимодействии токов катушек 6 и витков 13 на последние действуют отталкивающие силы. Коротко- замкнутые витки 13 давят на диск 8, от которого усилие передается на шток 9. Перемещение штока 9 переключает контакты выключателя. Величина перемещения привода и фиксация его во включенном положении могут осуществляться с помощью демпрферов, фиксаторов и защелок, действующих на шток 9. Во включенном положении привода диск 8 и витки 13 могут либо оставаться в верхнем положении (фиг. 3), если они жестко связаны со штоком 9, либо под собственным весом упадут вниз в исходное положение. Возвращение штока 9 в исходное положение обычно осуществляется с помощью пружин (не показаны),

Поскольку короткозамкнутые витки из меди передают усилие на диск по поверхности, их масса определяется конфигурацией катушек и толщиной, которая выбирается только из условий глубины проникновения магнитного поля в материал витков. Глубина проникновения Ь определяется частотой процесса f и удельной проводимостью

р материала, как h -чф/ТГ (для частот 100-1000 Гц h 7-2 мм). Осуществление передачи усилия от короткозамкнутых витков к штоку через диск из закаленной стали позволяет намного снизить вес подвижных частей привода, так как относительная (к плотности) прочность и жесткость закаленной легированной стали в 8-10 раз выше, чем у меди. Испытания показывают, что применение закаленной стали для приводного диска оказывается даже более выгодным, чем применение алюминиевых сплавов, с точки зрения как весогаба- ритных показателей, так и надежности.

То, что короткозамкнутые витки по толщине выбираются из условия проникновения в них электромагнитного поля и по форме катушек со свободным расположением их в пазах, существенно по- „выпает надежность привода, так как облегченные по сравнению с прототипом витки падают на катушки под собственным весом с малой скоростью, что не приводит к порче изоляции верхнего

0

0

5

0

5

0

5

слоя катушек, могущей привести к пробою их витков. Это дает повышение надежности привода и его долговечности, а также повышение КПД за счет уменьшения зазора между активными частями катупек и витков благодаря возможности применения меньшей толщины изоляции.

Повышение КПД привода по сравнению с прототипом для вакуумного выключателя постоянного тока с ВДК составит 6-8%. Свободное размещение в пазах короткозамкнутых витков и диска обеспечивает простоту конструкции. Однако при этом диск во время работы не должен выходить за пределы выступов 11 магнитопровода, являющихся направляющими для диска и короткозамкнутых витков. Это условие будет соблюдаться, если высота d выступов над катушками будет больше суммы хода х диска и толщины h витка (фиг. 2).

Увеличение КПД привода с уменьшением его подвижных масс объясняется лучшим преобразованием электромагнитной энергии в кинетическую энергию якоря. Выполнение диска из закаленной смеси стали с ее высокими упругими свойствами (ударной вязкостью) уменьшает поглоцение энергии материалом. Это преимущество возрастет с повышением частоты электромагнитных процессов в ИДП. При частотах в сотни герц приложение нагрузки к деталям можно рассматривать как ударное. Возникающие при этом волновые явления в передающих усилие деталях затухают меньше в металлах с большей упругостью.

Передача движения от штока к электрическим контактам аппарата также сопровождается соударениями в промежуточных передачах с потерей части кинетической энергии, поэтому подвижные массы привода должны быть согласованы с массами контактов и передач. Уменьшение масс привода целесообразно до определенного предела. Во всяком сдучае эти массы не должны быть заметно меньше приводимых масс. Для быстродействующих выключателей постоянного тока, сихронных выключателей с вакуумными дугогасителяни камерами приводмые массы невелики. Для них и может быть полезной предлагаемая конструкция. Применение приводного диска из закаленной стали с высоким пределом текучести позволяет создать ИДП с высокой надежностью на бопьшее число коммутаSiWsS NSS SSSSSc S :

SSSSSSSk,

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - уменьшение расхода активных материалов, повышение КПД и надежности. Введение между якорем и катушками индуктора короткозамкнутых витков из меди позволяет выполнить якорь из закаленной стали и уменьшить расход меди. 4 ил.

SKSSSNSSSSSS.

11

Фиг. 4