Индукционно-динамический привод высоковольтных коммутационных аппаратов

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 01 Н 33/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ж

ХО

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4353766/24-07 . (22) 31.12.87 (46) 30.09.89. Бюл. № 36 (71) Всесоюзный электротехнический институт им. В.И. Ленина (72) А.И. Будовский, В,А. Воздвиженский, В.П. Иванов и В.А. Сидоров (53) 621.316.524(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹- 758283, кл. Н 01 Н 3/28, 1980. (54) HHnVKumHHO-ДНН 1ВСКНй ПОВОД

ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ (57) 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 изобретеф

„„SU„„1511779 А1

2 ния — 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 иэ 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 .

151177

Изобретение относится к электротехнике, а именно к быстродействующим приводам высоковольтных коммутационных аппаратов, в частности к приводам выключателей постоянного тока с вакуумными дугогасительными камерами с номинальными токами отключения в несколько десятков килоампер при возвращающемся напряжении в несколько десятков киловольт.

Цель изобретения — уменьшение габаритов и массы привода, увеличение его надежности, срока службы 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) на фиг. 3 — диск якоря, вид сверху; на фиг. 4 — частичная развертка по цилиндрическому сечению  — В на фиг. 2 в процессе работы привода, на фиг. 5 — то же, продольный разрез в процессе работы

25 привода.

В корпусе 1 (фиг. 1) закреплена направляющая 2 приводного 1птока 3, одновременно являющаяся опорой магнитопровода 4, намотанного из ферромаг- 30 нитной ленты (электротехнической стали) толщиной 0,2-0,3 мм на внутренчюю изоляционную втулку 5 и встав—

T енного в наружную изоляционную втулку 6. В верхней части магнитопровода. выполнены шесть прямоугольных пазов

7 (фиг. 2), равномернорасположенных по окружности 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 усиленной изоляцией внутренней поверхности катушек со стороны магнитопровода обеспечивают надежную изоляцию катушек при их питании от емкостей не показаны), заряженных до нескольких киловольт. Заливка указанных деталей (кроме штока) эпоксидным компаундом до уровня несколько ниже верхнего уровня катушек делает конструкцию привода весьма пРочной и на- дежной.

Как видно из фиг. 2 сечения магнитопровода выше дна пазов 7 представ. — . ляют собой шесть сегментных высту9

4 пов 10. На эти выступы надет диск ti окнами 12 (фиг . 3), имеющими конфигурацию, аналогичную выступам 10, но несколько большего размера. Диск опирается по своей периферии на изоляционную втулку 6, несколько высту. — . пающую (на величину хд, фиг. 1) над верхним уровнем катушек. Зазор х выбирается минимальным для получения максимальной начальной силы.

Практически х = 0,2-0 3 мм. Диск 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 отталкивающие 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 диском 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 листов ферромагнетика и по возцуху по ширине Ь паза 7. Такая шихтовка магнитопровода устраняет почти полностью вихревые токи. В случае неполного насьш1ения магнитопровода почти вся энергия магнитного поля сосредоточивается в зазоре между катушками и диском, создавая наибольшее магнитное,цавление на диск, С ростом индукции сверх насыщения магнитопровода растет рассеяние магнитного поля, приводящее к уменьшению КПД привода, 1511779

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 явлений и может оказаться выгодным некоторое увеличение сечения магнитопровода и привода. Оптимальный вариант может быть получен вариантными рассчетами и уточнением в эксперименте.

Важными конструктивными парамет- 2О рами привода являются толщина диска

11, ширина Ь и глубина а паза 7.

Толщина диска зависит от глубины проникновения магнитного поля в диск, которая определяется частотой про- 25 цесса и удельной проводимостью мате я риала диска h )-- (для частот 100) ю

1000 Гц h = 7-2 мм), а также прочностью диска. Поскольку наиболее нагруженным сечением перемычек 15, соединяющих наружное кольцо диска с внутренним, является сечение В-В, целесообразно диск выполнять переменной толщины — с увеличением к, центру. При этом уменьшаются 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 увеличива.ются омические 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 Ь паза 7 (фиг. 2) ведет к увеличению баластного 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 ширйны паза раньше наступает насыщение магннтопровода, увеличивается прочность катушек и диска, уменьшается рассеивание поля, ухудшается использование магнитопровода. Опыт показывает, что оптимум отношения ширины паза к ширине среднего конического сечения выступа магнитопровода лежит в районе

О, 2-1.

Из фиг. 2 и 3 видно, что количество пазов в магнитопрогоде, равное шести, и три катушки являются оптимальными . При меньшем количестве пазов и катушек улучшается использование сечеиия магнитопровода, но резко уменьшается прочность катушек и, особенно, диска из-за малого количест ва перемычек, При большем количестве пазов и катушек увеличивается прочность системы, но ухудшается использо- вание сечения магнитопровода, что приводит к требованию увеличения диаметра привода, уменьшающему выигрыш в прочности.

Равномерное размещение катушек вокруг штока обеспечивает симметрию прикладываемых к диску и штоку сил и повышает надежность привода. Таким образом, в отличие от прототипа выполнение магнитопровода шихтованным по спирали вокруг штока с радиальными пазами исключает прохождение магнитного потока по литому телу штока, что значительно повьш ает КПД и упрощает изготовление привода, Применение изобретения позволяет

V создать компактный, надежный, малоинерционный, быстродействующий, с большим сроком службы (HpcKQJIbKo десятков тысяч коммутаций), технологичный, с высоким КПД привод высоковольтных выключателей.

Данный привод использован в ва— куумном выключателе постоянного тока на напряжение 20 кБ и ток 5 кА. Он перемещает массы около 20 г за 23 мс на расстояние 10-12 мм, Габаритный диаметр привода равен 180 мм.

При испытаниях привод наработал

10000 циклов "Еклкчено" — "Отключено" без малейших inc .IIcnðàâíîñòåé. Пол1511779 ный 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

Ийдукционно-динамический привод высоковольтных коммутационных аппаратов, содержащий индуктор в виде

Многовитковых катушек, якорь в виде

Короткозамкнутого витка, магнитопроВод, приводной шток, о т л и ч ак1 шийся тем, что, с целью уменьшения габарйтов 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.

1511779

Составитель В.Попова

Техред И.Верес

Редактор И.Касарда

Корректор О.Кравцова

Заказ 5907/53

Тираж 696

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101