Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям  

На правах рукописи

баженов владимир аркадьевич

Цилиндрический линейный асинхронный двигатель в приводе высоковольтных выключателей

Специальность 05.20.02 - электротехнологии и электрооборудование в

сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ижевск 2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ижевская государственная сельскохозяйственная академия (ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА)

Научный руководитель:  кандидат технических наук, доцент

Владыкин Иван Ревович

Официальные оппоненты: Воробьев Виктор Андреевич

  доктор технических наук, профессор

  ФГБОУ ВПО МГАУ

им. В.П. Горячкина

  Бекмачев Александр Егорович

  кандидат технических наук,

руководитель проектов

ЗАО Радиант-Элком

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетном образовательном учреждение высшего профессионального образования Чувашская государственная сельскохозяйственная академия (ФГОУ ВПО Чувашская ГСХА)

Защита состоится  л28 мая 2012 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета КМ 220.030.02 в ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 11, ауд. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА.

Автореферат разослан л27 апреля 2012 г.

Размещен на сайте: www.izhgsha/ru

Ученый секретарь

диссертационного совета Н.Ю. Литвинюк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 0,4Е35 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 30Е35% случаев действия релейной защиты и автоматики (РЗА) не реализуют из-за неудовлетворительного состояния приводов. Причём до 85% дефектов приходится на долю ВМ 10Е35 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 6Е35 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 100Е150 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 6Е35 кВ, работающего на основе ЦЛАД, позволяющего снизить ущерб от недоотпуска электроэнергии.

Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи исследований:

1. Провести обзорный анализ существующих конструкций приводов высоковольтных выключателей  6 Е35 кВ.
2. Разработать математическую модель ЦЛАД на основе трехмерной модели для расчета характеристик.
3. Определить параметры наиболее рационального типа привода на основании теоретических и экспериментальных исследований.
4. Провести экспериментальные исследования тяговых характеристик выключателей 6Е35 кВ с целью проверки адекватности предлагаемой модели существующим стандартам.
5. Разработать конструкцию привода масляных выключателей 6Е35 кВ на основе ЦЛАД.
6. Провести технико-экономическое обоснование эффективности использования ЦЛАД для приводов масляных выключателей 6Е35 кВ.

Объектом исследования является: цилиндрический линейный асинхронный электродвигатель (ЦЛАД) приводных устройств выключателей сельских распределительных сетей 6Е35 кВ.

Предмет исследования: изучение тяговых характеристик ЦЛАД при работе в масляных выключателях 6Е35 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.

1. Предложен новый тип привода масляных выключателей, позволяющий повысить надежность их работы в 2,4 раза.
2. Разработана методика расчета характеристик ЦЛАД, которая в отличие от предложенных ранее, позволяет учитывать краевые эффекты распределения магнитного поля.
3. Обоснованы основные конструкционные параметры и режимы работы привода для выключателя ВМП-10, снижающие недоотпуск электроэнергии потребителям.

Практическая ценность работы определяется следующими основными результатами:

1. Предложена конструкция привода выключателей типа ВМП-10.
2. Разработана методика расчета параметров цилиндрического линейного асинхронного двигателя.
3. Разработана методика и программа расчета привода, которые позволяют рассчитывать приводы выключателей подобных конструкций.
4. Определены параметры предлагаемого привода для ВМП-10 и ему подобных.
5. 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:

1. Тип привода масляных выключателей на основе ЦЛАД.
2. Математическая модель расчета характеристик ЦЛАД, а также тягового усилия в зависимости от конструкции паза.
3. Методика и программа расчета привода для выключателей типа ВМГ, ВМП напряжением 10Е35 кВ.
4. 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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, рассмотрены состояние вопроса, цель и задачи исследований, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

       В первой главе выполнен анализ конструкций приводов выключателей.

       Установлено:

- принципиальное преимущество совмещения привода с ЦЛАД;

- необходимость дальнейших исследований;

- цели и задачи диссертационной работы.

Во второй главе рассмотрены методы расчета ЦЛАД.

На основании анализа распространения магнитного поля выбрана трехмерная модель.

Обмотка ЦЛАД в общем случае состоит из отдельных катушек, включенных последовательно в трёхфазную схему.

Рассматривается ЦЛАД с однослойной обмоткой и симметричным относительно сердечника индуктора расположением вторичного элемента в зазоре. Математическая модель такого ЛАД представлена на рис.2.

Принятые следующие допущения:

1. Ток обмотки, уложенной на длине 2р, сосредоточен в бесконечно тонких токовых слоях, расположенных на ферромагнитных поверхностях индуктора и создает чисто синусоидальную бегущую волну. Амплитуда связана известным соотношением с линейными плотностью тока и токовой нагрузкой

,                                (1)

где, - линейная токовая нагрузка,                                        

  - полюсное ;

m - число фаз;

  W - число витков в фазе;

I - действующее значение тока;

Р - число пар полюсов;

J - плотность тока;

  Коб1 - обмоточный коэффициент основной гармоники.

2. Первичное поле в области лобовых частей аппроксимируется экспоненциальной функцией

                                       (2)

Достоверность такой аппроксимации к реальной картине поля говорят проведенные ранее исследования, а также опыты на модели ЛАД. При этом возможно заменить L=2 с.

3.Начало неподвижной системы координат x, y, z расположено в начале обмотанной части набегающего края индуктора (рис. 2).

При принятой постановке задачи н.с. обмотки можно представить в виде двойного ряда Фурье:

       (3)

где, А - линейная токовая нагрузка индуктора;

  Коб - обмоточный коэффициент;

  L - ширина реактивной шины;

  - общая длина индуктора;

  - угол сдвига;

  z = 0,5L - a  - зона изменения индукции;

  n - порядок  гармоники по поперечной оси;

  - порядок гармоник по продольной оси;

Решение находим для векторного магнитного потенциала токов . В области воздушного зазора А удовлетворяет следующим уравнениям:

                                               (4)

Для ВЭ уравнения 2 уравнения имеют вид:

                                       (5)

Решение уравнений (4) и (5) производим методом разделения переменных. Для упрощения задачи приведем лишь выражение для нормальной составляющей индукции в зазоре:

Рисунок 2 - Расчетная математическая модель ЛАД без учета

распределения обмотки

       (6)

Полная электромагнитная мощность Sэм, передаваемая из первичной части в зазор и ВЭ, может быть найдена как поток нормальной Sу составляющей вектора Пойтинга через поверхность у =

               (7)

где Рэм = Rе Sэм - активная составляющая, учитывающая механическую мощность Р2 и потери в ВЭ;

Qэм= ImSэм - реактивная составляющая, учитывает основной магнитный поток и рассеяние в зазоре;

С - комплекс, сопряжений с С2.

Сила тяги Fх и нормальная сила Fу для ЛАД определяется, исходя из максвелловского тензора натяжений.

       (8)

       (9)

Для расчета цилиндрического ЛАД следует задать L = 2c, число гармоник по поперечной оси n = 0, т.е. по сути решение превращается в двухмерное, по координатам Х-У. Кроме того, эта методика позволяет корректно учесть наличие массивного стального ротора, что является ее преимуществом.

Порядок расчета характеристик при постоянном значении тока в обмотке:

1. Сила тяги Fх(S) рассчитывалась по формуле ( 8);
2. Механическая мощность

  Р2(S) = Fх(S) = Fх(S) 21(1 Ц S);  (10)

3. Электромагнитная мощность Sэм(S) = Рэм(S) + jQэм(S) рассчитывалась согласно выражению, формуле (7)
4. Потери в меди индуктора

Рэл.1 = mI2rф  (11)

где rф  - активное сопротивление фазной обмотки;

5. К.п.д. без учета потерь в стали сердечника

(12)

6. Коэффициент мощности

(13)

где,  есть модуль полного сопротивления последовательной схемы замещения (рис 2).

    (14)

  ;   (15) 

- индуктивное сопротивление рассеяния первичной обмотки.

Таким образом, получен алгоритм расчёта статических характеристик ЛАД с короткозамкнутым вторичным элементом, позволяющий учитывать свойства активных частей конструкции на каждом зубцовом делении.

Разработанная математическая модель позволяет:

• Применить математический аппарат для расчета цилиндрического линейного асинхронного двигателя, его статических характеристик на основе развёрнутых схем замещения электрических первичной и вторичной и магнитной цепей.
• Провести оценку влияния различных параметров и конструкций вторичного элемента на тяговые и энергетические характеристики цилиндрического линейного асинхронного двигателя.
• Результаты расчётов позволяют определить в первом приближении оптимальные основные технико-экономические данные при проектировании цилиндрических линейных асинхронных двигателей.

В третьей главе Расчетно-теоретические исследования приведены результаты численных расчётов влияния различных параметров и геометрических размеров на энергетические и тяговые показатели ЦЛАД с помощью математической модели описанной ранее.

Индуктор ЦЛАД состоит из отдельных шайб, расположенных в ферромагнитном цилиндре. Геометрические размеры шайб индуктора, принятые в расчёте, приведены на рис. 3. Количество шайб и длина ферромагнитного цилиндра определяются числом полюсов и числом пазов на полюс и фазу обмотки индуктора ЦЛАД.

За независимые переменные принимались параметры индуктора (геометрия зубцового слоя, число полюсов, полюсное деление, длина и ширина), вторичной структуры - тип обмотки, электрическая проводимость G2 = γ2 d2, а также параметры обратного магнитопровода. При этом результаты исследования представлены в виде графиков.

Рисунок 3 - Устройство индуктора

1-Вторичный элемент; 2-гайка; 3-уплотнительная шайба; 4- катушка;

5-корпус двигателя; 6-обмотка,7-шайба.

Для разрабатываемого привода выключателя однозначно определены:

1. Режим работы, который может быть охарактеризован, как пуск. Время работы - менее секунды (tв=0,07с), повторные пуски могут быть, но даже в этом случае общее время работы не превышает секунды. Следовательно, электромагнитные нагрузки - линейная токовая нагрузка, плотность тока в обмотках могут быть взяты существенно выше принимаемых для установившихся режимов электрических машин: А = (25Е50) 103 А/м; J = (4Е7) А/мм2. Поэтому тепловое состояние машины можно не рассматривать.
2. Напряжение питания обмотки статора U1 = 380 В.
3. Требуемое тяговое усилие Fх ≥ 1500 Н. При этом изменение усилия за время работы должно быть минимальным.
4. Жесткие ограничения габаритов: длина Ls ≈ 400 мм; внешний диаметр статора Д = 40Е100 мм.
5. Энергетические показатели (, cosφ) не имеют значения.

Таким образом, задача исследований может быть сформулирована следующим образом: при заданных габаритах определить электромагнитные нагрузки значение конструктивных параметров ЛАД, обеспечивающих необходимое тяговое усилие в интервале 0,3 ≤ S ≤ 1.

Исходя из сформированной задачи исследований, основным показателем ЛАД является тяговое усилие в интервале скольжений 0,3 ≤ S ≤ 1. При этом сила тяги во многом зависит от конструктивных параметров (число полюсов 2р, воздушный зазор δ, толщина немагнитного цилиндра d2 и его удельная электрическая проводимость γ2 , электропроводность γ3 и магнитная проницаемость μ3 стального стержня, выполняющего функции обратного магнитопровода). При конкретных значениях указанных параметров тяговое усилие однозначно будет определяться линейной токовой нагрузкой индуктора, которая, в свою очередь, при U = const зависит от компоновки зубцового слоя: числа пазов на полюс и фазу q, числа витков в катушке Wк и параллельных ветвей а.

Таким образом, сила тяги ЛАД представляется функциональной зависимостью

Fх = f( 2р, τ, δ, d2 ,γ2 , γ3 , μ3 , q, Wk, A, a) (16)

Очевидно, что среди этих параметров некоторые принимают только дискретные значения (2р, τ,  q, Wk, a) причем число этих значений незначительно. Например, число полюсов можно рассматривать только 2р=4 или 2р=6; отсюда и вполне конкретные полюсные деления τ = 400/4 = 100 мм и 400/6 = 66,6 мм; q = 1 или 2; а = 1,  2 или 3 и 4.

С увеличением числа полюсов пусковое тяговое усилие падает значительно. Падение тягового усилия связано с уменьшением полюсного деления τ и магнитной индукции в воздушном зазоре Вδ. Следовательно, оптимальным является 2р=4 (рис. 4).

Рисунок 4 - Тяговая характеристика ЦЛАД в зависимости от числа полюсов

Изменение воздушного зазора не имеет смысла, он должен быть минимальным по условиям функционирования. В нашем варианте δ=1 мм. Тем не менее, на рис. 5 показаны зависимости тягового усилия от воздушного зазора. Они наглядно показывают падение усилия с увеличением зазора.

Рисунок 5. Тяговая характеристика ЦЛАД при различных значениях воздушного зазора( δ=1,5мм и  δ=2,0мм)

Одновременно растет рабочий ток I и снижаются энергетические показатели. Относительно свободно варьирующими остаются лишь удельная электропроводность γ2 , γ3 и магнитная проницаемость μ3 ВЭ.

Изменение электропроводимости стального цилиндра γ3 (рис. 6) на тяговое усилие ЦЛАД оказывает малосущественное значение до 5%.

Рисунок 6. Тяговая характеристика ЦЛАД при различных значениях

  электропроводимости стального цилиндра

Изменение магнитной проницаемости μ3 стального цилиндра (рис. 7) не приносит значительных изменений тягового усилия Fх=f(S). При рабочем скольжении S=0,3 тяговая характеристики совпадают. Пусковое тяговое усилие изменяется в пределах 3Е4%. Следовательно, учитывая несущественное влияние γ3 и μ3 на тяговое усилие ЦЛАД, стальной цилиндр может быть изготовлен из магнитомягкой стали.

Рисунок 7. Тяговая характеристика ЦЛАД при различных значениях магнитной проницаемости (μ3=1000μ0 и  μ3 =500μ0) стального цилиндра

Из анализа графических зависимостей (рис. 5, рис. 6, рис. 7) следует вывод: изменения проводимости стального цилиндра и магнитной проницаемости, ограничения немагнитного промежутка добиться постоянства тягового усилия  Fх невозможно вследствие их малого влияния.

Рисунок 8. Тяговая характеристика ЦЛАД при различных значениях

электропроводимости ВЭ

Параметр, при помощи которого можно добиться постоянства тягового усилия Fх = f( 2р, τ, δ, d2 ,γ2 , γ3 , μ3 , q, Wk, A, a) ЦЛАД, является удельная электропроводимость γ2  вторичного элемента. На рисунке 8 указаны оптимальные крайние варианты проводимостей. Эксперименты, проведенные на экспериментальной установке, позволили определить наиболее подходящую удельную проводимость в пределах =0,8107Е1,2107См/м.

На рисунках 9Е11 приведены зависимости F, I, при различных значениях числа витков в катушке обмотки индуктора ЦЛАД с экранированным вторичным элементов(d2=1мм; δ=1 мм).

Рисунок 9. Зависимость I=f(S) при различных значениях числа

витков в катушке

Рисунок 10. Зависимость cos=f(S)  Рисунок11.Зависимость = f(S)

Графические зависимости энергетических показателй от числа витков в кашках совпадают. Это говорит о том, что изменение числа витков в катушке не приводит к значительному изменению этих показателей. Это является причиной отсутствия внимания к ним.

Увеличение тягового усилия (рис. 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. Двигатель в приводах выключателей работает в пусковом режиме менее секунды. Поэтому для привода механизмов с большим пусковым тяговым усилием и кратковременным режимом работы эффективнее использовать ЦЛАД с малым числом витков и большим сечением провода катушки обмотки индуктора.

Рисунок 12. Тяговая характеристика ЦЛАД при различных значениях числа

витков статорной катушки

Однако, при частых включениях таких механизмов необходимо иметь запас двигателя по нагреву.

Таким образом, на основании результатов численного эксперимента по вышеописанной методике расчёта можно с достаточной степенью точности определить тенденцию изменения электрических и тяговых показателей при различных переменных ЦЛАД. Основным показателем для постоянства тягового усилия является электропроводимость покрытия вторичного элемента γ2.  Изменяя её в пределах =0,8107 Е1,2107См/м, можно получить необходимую тяговую характеристику.

Следовательно, для постоянства тяги ЦЛАД достаточно задаться постоянными значениями 2р, τ, δ, γ3 , μ3 , q,  A, a. Тогда, зависимость (16) можно преобразовать в выражение

Fх = f( К γ2 , Wk)  (17)

где К=f(2р, τ, δ, d2 , γ3 , μ3 , q,  A, a).

В четвертой главе изложена методика проведения эксперимента исследуемого способа привода выключателя. Экспериментальные исследования характеристик привода проводили на высоковольтном выключателе ВМП-10 (рис. 13).

Рисунок 13. Экспериментальная установка.

Также в этой главе определено инерционное сопротивление выключателя, которое выполнено с использованием методики, представленной в [5] графоаналитическим методом, используя кинематическую схему выключателя. Определены характеристики упругих элементов. При этом в конструкцию масляного выключателя входят несколько упругих элементов, которые противодействуют включению выключателя и позволяют аккумулировать энергию для отключения выключателя:

1. Пружины ускорения FПУ;
2. Пружина отключения FПО;
3. Упругие силы, создаваемые пружинами контактов FКП.

Общее воздействие пружин, которые противодействуют усилию двигателя, можно описать уравнением:

FОП(х)=FПУ(х)+FПО(х)+FКП(х) (18)

Усилие растяжения пружины в общем случае описывается уравнением:

FПУ=kx+F0,         (19)

где k- коэффициент жёсткости пружины;

  F0 - усилие предварительного натяжения пружины.

Для 2-х ускоряющих пружин уравнение (19) имеет вид (без предварительного натяжения):

FПУ=2⋅ky⋅x1         (20)

где ky- коэффициент жёсткости ускоряющей пружины.

Усилие пружины отключения описывается уравнением:

FПО=k0x2+F0 (21)

где k0- жёсткость отключающей пружины;

  х1, х2- перемещение;

  F0 - усилие предварительного натяжения отключающей пружины.

Усилие, необходимое для преодоления сопротивления контактных пружин, вследствие незначительного изменения диаметра розетки, принимаем постоянным и равным

FКП(х)=FКП         (22)

Учитывая (20), (21), (22) уравнение (18) примет вид

FОП=kyx1+k0x2+F0+FКП (23)

Упругие силы, соиздаваемые отключающей, ускоряющими и контактными пружинами, определяют при исследовании статических характеристик масляного выключателя.

FВМС=f(αВ)  (24)

Для исследования статических характеристик выключателя была создана установка (рис. 13). Изготовлен рычаг с сектором окружности для устранения изменения длины плеча при изменении угла αВ  вала привода. В результате при изменении угла α плечо приложения усилия, создаваемое лебёдкой 1, остаётся постоянным

L=f(α)=const (25)

Для определения коэффициентов жесткости пружин ky, k0, были исследованы усилия сопротивления включения выключателя от каждой пружины.

Исследование проводилось в следующей последовательности:

1. Исследование статической характеристики при наличии всех пружин z1, z2, z3;
2. Исследование статических характеристики при наличии 2-х пружин z1 и z3 (ускоряющие пружины);
3. Исследовать статические характеристики при наличии одной пружины z2 (отключающая пружина).
4. Исследовать статические характеристики при наличии одной ускоряющей пружины z1.
5. Исследовать статические характеристики при наличии 2-х пружин z1 и z2 (ускоряющая и отключающая пружины).

Далее в четвертой главе проведено определение электродинамических характеристик. При протекании по контуру выключателя токов короткого замыкания возникают значительные электродинамические усилия, которые препятствуют при включении, значительно увеличивают нагрузку на приводной механизм выключателя. Проведен расчёт электродинамических сил, который выполнен графоаналитическим способом.

Также определено аэродинамическое сопротивление воздуха и гидравлического изоляционного масла по стандартной методике.

Кроме того, определены передаточные характеристики выключателя, к которым относятся:

1. Кинематическая характеристика h=f(αв);
2. Передаточная характеристика вала выключателя αв=f(α1);
3. Передаточная характеристика рычага траверсы α1=f(α2);
4. Передаточная характеристика h=f(xT)                                        

где  αв Цугол поворота вала привода;

  α1 Цугол поворота вала выключателя;

  α2 Цугол поворота рычага траверсы.

В пятой главе проведена оценка технико-экономическая эффективности использования ЦЛАД в приводах масляных выключателей, которая показала, что использование привода масляных выключателей на основе ЦЛАД позволяет повысить их надежность в 2,4 раза, снизить потребление электроэнергии в 3,75 раза, по сравнению с применение старых приводов. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения ЦЛАД в приводах масляных выключателей составляет 1063 руб./выкл. при сроке окупаемости капительных вложений менее, чем за 2,5 года. Применение ЦЛАД позволит снизить недоотпуск электроэнергии сельским потребителям на 834 кВтчас на один выключатель за 1 год, что приведет к повышению доходности энергоснабжающих компаний, которая составит для Удмуртской Республики около 2 млн. руб.

ВЫВОДЫ

1. Определена оптимальная тяговая характеристика для привода масляных выключателей, позволяющая развить ЦЛАД максимальное тяговое усилие, равное 3150 Н.
2. Предложена математическая модель цилиндрического линейного асинхронного двигателя на основе трехмерной модели, позволяющая учитывать краевые эффекты распределения магнитного поля.
3. Предложен способ замены электромагнитного привода на привод с ЦЛАД, позволяющий повысить надежность в 2,7 раза и уменьшить ущерб от недоотпуска электроэнергии энергоснабжающих компаний на 2 млн. руб.
4. Разработана физическая модель привода масляных выключателей типа ВМП ВМГ на напряжение 6Е35 кВ, и даны их математические описания.
5. Разработан и изготовлен опытный образец привода, позволяющий реализовать необходимые параметры выключателя: скорость включения 3,8Е4,2 м/с, выключения 3,5 м/с.
6. По результатам исследований оформлены технические задания и переданы в Башкирэнерго для разработки рабочей конструкторской документации для доработки ряда маломасляных выключателей типа ВМП и ВМГ.

Материалы диссертации достаточно полно опубликованы в следующих работах автора

Издания, указанные в перечне ВАК и приравненные к ним:

1. Баженов, В.А. Совершенствование привода высоковольтного выключателя. / В.А. Баженов, И.Р. Владыкин, А.П. Коломиец//Электронный научно-инновационный журнал Инженерный вестник Дона [Электронный ресурс]. -  №1, 2012г. С. 2-3. - Режим доступа:

Другие издания:

2. Пястолов, А.А. Разработка привода для высоковольтных выключателей 6Е35 кВ. /А.А. Пястолов,  И.Н.Рамазанов, Р.Ф.Юнусов, В.А. Баженов // Отчет о научно-исследовательской работе (х. № ГР 018600223428 инв. №02900034856. ЦЧелябинск: ЧИМЭСХ,1990. - С. 89-90.
3. Юнусов, Р.Ф. Разработка линейного электропривода сельскохозяйственного назначения. /Р.Ф. Юнусов, И.Н. Рамазанов,  В.В. Иваницкая, В.А. Баженов  // ХХХIII научная конференция. Тезисы докладов.- Свердловск, 1990, С. 32-33.
4. Пястолов, А.А.  Привод высоковольтного масляного выключателя. /Юнусов Р.Ф., Рамазанов И.Н., Баженов В.А. // Информационный листок № 91-2. - ЦНТИ, Челябинск, 1991. С. 3-4.
5. Пястолов, А.А. Цилиндрический линейный асинхронный двигатель. /Юнусов Р.Ф., Рамазанов И.Н., Баженов В.А. // Информационный листок № 91-3. - ЦНТИ, Челябинск, 1991. с. 3-4.
6. Баженов, В.А. Выбор аккумулирующего элемента для выключателя ВМП-10. Актуальные проблемы механизации сельского хозяйства: материалы юбилейной научно-практической конференции Высшему агроинженерному образованию в Удмуртии - 50 лет. / Ижевск, 2005. С. 23-25.
7. Баженов, В.А. Разработка экономичного привода масляного выключателя. Региональная научно-методическая конференция Ижевск: ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА,  Ижевск, 2004. С. 12-14.
8. Баженов, В.А. Совершенствование привода масляного выключателя ВМП-10. Проблемы развития энергетики в условиях производственных преобразований: Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 25-летию факультета Электрификации и автоматизации сельского хозяйства и кафедры Электротехнология сельскохозяйственного производства. Ижевск 2003, С. 249-250.

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Сдано в набор 2012г. Подписано в печать 24.04.2012г.

Бумага офсетная Гарнитура Times New Roman Формат 60х84/ 16.

Объем 1 печ.л. Тираж 100 экз. Заказ № 4187.

Изд-во ФГБОУ ВПО Ижевской ГСХА г. Ижевск, ул. Студенческая, 11

     Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям