 |
Выпрямляющие механизмы выключателей высокого напряжения
|
|
|
|
Цель работы – изучение конструкции и кинематических характеристик выпрямляющих механизмов выключателей.
Предмет исследования
Механическая система выключателей предназначена для перемещения подвижных контактных частей при включении и отключении с заданной скоростью на определенном ходе. Она включает в себя электромагнитный или пневматический привод с механизмом свободного расцепления, передаточный механизм, выпрямляющий механизм, отключающие пружины и буферные устройства. В настоящей работе исследуются характеристики выпрямляющих механизмов, которые преобразуют вращательное движение вала выключателя в поступательное движение подвижных контактов.
Различают три группы выпрямляющих механизмов:
а) механизмы с прямолинейными направляющими,
б) механизмы без прямолинейных направляющих,
в) механизмы смешанного типа.
Эти механизмы, как правило, выполняются рычажно-шарнирными.
Конструкции выпрямляющих механизмов характеризуются длиной хода подвижных частей, углом поворота ведущего вала и наличием «мертвого положения».
Значение «мертвого положения» видно на примере четырехзвенного механизма, представленного на рис. 4.1.
Механизм состоит из двух рычагов, вращающихся вокруг неподвижных центров O1 и О2. Концы рычагов соединены тягой ВС. Рычаг O1B является ведущим, а рычаг О2С – ведомым. «Мертвым положением» механизма является положение, изображенное на рисунке штрихпунктиром, при котором оси шарниров 01, В и С находятся на одной прямой. Если не учитывать трение, то из
 |
условия равенства мгновенных работ на ведущем и ведомом валах для любого положения четырехзвенника момент М 1 определяется соотношением
|
|
|
где М 1 и М 2 – моменты вращения соответствующих валов,
d α1 и d α2 – бесконечно малые углы поворота при перемещении рычагов О1В и О2С.
Для уменьшения момента на ведущем валу, при одновременной необходимости получения большого момента на ведомом валу, производная угла поворота должна быть возможно меньше. Как видно из рис. 4.2, в положении механизма, близком к «мертвому», значение d α2/ d α1 резко уменьшается, а в "мертвом положении» стремится к нулю. Поэтому в аппаратах, имеющих на определенных участках работы возрастание усилий, преодолеваемых приводом (например, в положении близком к включенному, когда имеет место максимальное сжатие контактных и отключающих пружин), стремятся механизмы на этих участках приближать к "мертвому положению».
Другой важной особенностью «мертвых положений» или близких к ним является то, что при этом большим изменениям угла поворота ведущего вала соответствуют малые изменения угла поворота ведомого вала. В связи с этим положение ведомого органа в конце хода относительно мало зависит от неточностей положения ведущего рычага, то есть аппарат имеет относительную нечувствительность к возможным технологическим погрешностям. В «мертвом положении» звеньев механизма любой момент М 2, приложенный к ведомому валу, не может вызвать его движения, так как момент ведущего вала М 1 = 0 и ведомый орган механизма оказывается запертым. Это обстоятельство используется в различных механизмах аппаратов, однако доводить механизм до «мертвого положения» не всегда целесообразно, так как при этом затрудняется отключение аппарата.
Необходимо отметить, что трение, возникающее при вращении вала в опоре, расширяет понятие «мертвой точки» до понятия «мертвой зоны», величина которой определяется радиусом круга трения ρ = r × sinφ, где r –радиус вала, φ – угол трения. Вследствие малой величины углов φ можно принять в общем случае ρ = r × tgφ = r ۰ f, где f – коэффициент трения. «Мертвая" зона» определяется углом α, графическое определение которого дано на рис. 4.2.
|
|
|
Объектом исследования в настоящей работе являются механизмы двух типов.
1. Приближенное эллиптическое прямило (рис. 4.3).
Механизм состоит из коромысла АС, рычага КОВ и подвеса O1C. «Мертвая точка» создается с помощью дополнительного вала О2 и рычага О2Д. Точка А (место подвеса штанги с подвижными контактами) движется в таком прямиле не по прямой, а несколько отклоняясь от нее на величину z. Это отклонение незначительно и составляет I÷2 мм. Полный угол поворота рычага ОB α ≈ 60°. Дезаксиал d по величине невелик, он определяется из конструктивных соображений
Приближенное эллиптическое прямило имеет более простую по сравнению с другими видами прямил конструкцию, повышенную механическую прочность и поэтому широко применяется в масляных баковых выключателях на напряжения 35 –220 кВ.
2. Выпрямляющий механизм смешанного типа (рис. 4.4.).
Механизм состоит из рычагов АО, ВАС, снабжен вертикальными направляющими и ловителями – горизонтальными направляющими. Механизм выполнен по принципу совместного использования механизма с направляющими типа «коромысло с серьгой» и прямила типа «приближенное эллиптическое прямило с горизонтальными направляющими». На рисунке сплошной линией изображено верхнее крайнее положение механизма. При повороте рычага ОА против часовой стрелки на угол α = 0 ÷ 50° механизм будет работать как коромысло с серьгой. При подходе к среднему положению, когда конец С рычага ВАС входит в горизонтальные направляющие, механизм начинает работать как приближенное эллиптическое прямило. При подходе к крайнему нижнему положению, когда угол α = 110÷1600, механизм опять начинает работать как коромысло с серьгой. Преимуществами такого механизма являются: значительно больший ход подвижных контактов при одной
Рис. 4.3 Приближенное эллиптическое прямило
 |
Рис. 4.4. Выпрямляющий механизм смешанного типа
и той же длине ведущего рычага ОА, чем в приближенном эллиптическом прямиле, наличие «мертвой точки» в самом механизме в двух крайних положениях механизма, компактность всего устройства. Такие механизмы находят применение в малообъемных масляных выключателях. При выполнении лабораторной работы должны быть исследованы основные механические характеристики выпрямляющих механизмов.
|
|
|
Кинематическая характеристика – зависимость величины хода Н подвижных контактов от угла поворота главного вала α, то есть Н = f( α ).
По экспериментально полученной кинематической характеристике можно графически определить dH/d α = f(Н), имеющую важное значение для определения работоспособности механизма, так как:
где F н – сила, передаваемая на подвижные контакты;
η – КПД механизма,
Мo – значение вращающего момента на валу выключателя.
Статическая характеристика – зависимость силы сопротивления движению Fc или момента М осна главном валу выключателя от хода или угла поворота вала в статическом режиме, то есть
F c = f(H, α ), М оc = f(H, α )
Статические характеристики могут определяться при включении и отключении выключателя. В первом случае определяются силы сопротивления включению, а во втором, при медленном отключении, удерживающие выключатель, то есть препятствующие его отключению.
Определение статической характеристики выпрямляющего механизма возможно при приложении в точке подвеса траверсы постоянной силы сопротивления включению. Полученные экспериментально статическая и кинематическая характеристики позволяют определить КПД механизма
где dH/d α = С – передаточное число механизма.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с механической системой выключателя ВМП-10 с приводом ПЭ-11, указать назначение и характер движения элементов механической системы.
2. Ознакомиться с исследуемыми выпрямляющими механизмами, снять основные размеры и зарисовать их кинематические схемы, обратить внимание на приспособления, обеспечивающие необходимый недоход до «мертвого положения». Определить экспериментально минимально допустимый угол недохода до «мертвого положения». Схемы испытания приведены на рис. 4.5 и 4.6.
|
|
|
Рис. 4.5. Схема испытания механизма выключателя 110 кВ
Рис.4.6. Схема испытаний механизма выключателя ВМП-10
3.Определить кинематические характеристики приближенного эллиптического прямила и механизма смешанного типа Н = f( α ). Графически определить изменение передаточного числа С = dH/d α = f(H).
Определение углов и хода подвижных контактов осуществляется с помощью транспортиров и линеек, которыми оборудованы механизмы.
4. Определить статическую характеристику сопротивления включению для обоих механизмов. По полученной зависимости М ос = f(H) при F = const рассчитать и построить зависимости изменения КПД η = f(H). Измерения проводить с подвешенным грузом.
Величина М ос определяется при статическом включении с помощью динамометров, замеряющих F ос на постоянном плече l зaм относительно оси вала выключателя М ос = F ос × l зaм..
Контрольные вопросы
1. Для чего предназначены и каковы составные части механической системы высоковольтных выключателей?
2. Каково назначение и конструктивное исполнение выпрямляющих механизмов?
3. Что такое «мертвое положение» механизма?
4. Что такое приближенное эллиптическое прямило? Каковы достоинства и область применения данного механизма? Имеются ли в нем «мертвые положения»?
5. Что такое выпрямляющий механизм смешанного типа? Каковы достоинства и область применения этого механизма? Имеются ли в нем "мертвыеположения»?
6. Что такое кинематическая характеристика механизма?
7. Что такое статическая характеристика механизма?
8. Как определяется КПД механизма?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
|
|
|
