МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ШВИДКОДІЮЧОГО ПРИВОДА АВТОМАТИЧНОГО ВІДМИКАЧА З ІНДУКЦІЙНО-ДИНАМІЧНИМ ТА БІСТАБІЛЬНИМ МЕХАНІЗМОМ
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2018-1-4Ключові слова:
комутація силових кіл, швидкодіючий привод відмикача, індукційно-динамічний механізм, бістабільний механізмАнотація
Мета роботи. Розробка математичної моделі індукційно-динамічного привода відмикача з двома катушками, працюючого з бістабільним механізмом, що забезпечує фіксацію індукційно-динамічного механізму (ІДМ) у крайніх положеннях траєкторії руху контактної системи.
Методи дослідження. Рішення поставлених в роботі задач виконувалося з використанням методів розрахунку електромагнітного поля, кінцевих елементів, теоретичної механіки і рішення диференціальних рівнянь.
Отримані результати. Розроблена математична модель швидкодіючого привода на базі індукційнодинамічного та бістабільного механізму, яка заснована на рівняннях електромагнітного поля електричного кола і кінематики руху механізму перемикання. Перевагою даної моделі є можливість динамічного розрахунку привода відмикача на основі даних по контактному натисканню, ходу і провалу контактів. Вхідними даними побудови моделі були: індуктивність зовнішнього кола; активний опір катушок, розраховані за перерізом провідника та геометрії катушок. Початкові умови вимоги відповідали умовам Дирихле.
Система рівнянь математичної моделі вирішувалась у циліндричній системі координат. Рішення задачі проводилось у системі Comsol Multiphysics. Рух рухомої частини ІДМ моделювався за допомоги деформації розрахункової сітки. На основі вхідних даних о контактним натисканні, а також ході та провалу контактів визначалась жорсткість пружини і зусилля у конструкції бістабільного механізму. За розрахунковими даними представлені графіки, що дозволяють проаналізувати вибір пружних елементів та внести необхідні корективи та стадії проектування і налагодження конструкції. Розраховані параметри роботи механізму в стадії включення та відключення ІДМ. Представлені графічні значення ходу та швидкості руху якоря відмикача, струмоприскорюючої та гальмуючої котушки, значення сумарної електромагнітної сили і сумарної протидіючої сили.
Наукова новизна. Розроблена математична модель швидкодіючого привода на основі ІДМ і бістабільного механізму, яка включає рівняння електромагнітного поля електричного кола та рівняння руху. Модель коректно описує фізичні процеси та може бути використана для розробки та вивчення конструкції високошвидкісних проводів.
Практична цінність. На основі варіативних розрахунків можна вирішувати задачі по пошуку необхідних параметрів привода маючи на меті отримати: а) мале значення часу замикання контактів та уникати «брязкіт» при включені; б) високу початкову швидкість та загальне мале значення часу (менш за 1 мс) розмикання
контактів, зменшити динамічні навантаження та елементи привода і контактну систему.
Посилання
[1] Evsin, D.V. (2009). Otkluhenie postojannogo toka vakuumnim kommutacionim apparatom s aksialnosimmetrihnim poperechnim magnitnim polem. Diss. kand. tech. nauk [Disconnection of direct current by a vacuum switching device with an axially symmetric transverse magnetic field. Cand. tech. sci. diss.]. Moskov, 142. [in Russian].
[2] Klymenko, B.V. (2012). Elektrychni aparaty. Elektromehanichna aparatura komutacii', keruvannja ta zahystu. Zagal'nyj kurs: navchal'nyj posibnyk. H: Tochka, 340.
[3] Klymenko, B. V., Grechko, A. M., Bugajchuk, V. M. (2017). Opytnyj obrazec dvuhpozicionnogo elektromagnitnogo privoda vakuumnogo vykljuchatelja srednego naprjazhenija [A pre-production model of two-position electromagnetic drive for an averagevoltage vacuum switch]. Electrical engineering&electromechanics, 5, 23-27. [in Russian].
[4] Alferov, D.F., Budovskiy, A.I., Evsin, D.V., Ivanov, V.P. Sidorov, V.A., Neugodnikov, I. P. (2008). Vakuumnyj vykljuchatel' postojannogo toka [Vacuum switch of a direct current]. Electro, 3, 25-28. [in Russian].
[5] Glinkowski, M., Greenwood A., Hill, J., Mauro, R., Varneckes, V. (1991) Capacitance switching with vacuum circuit-breakers. A comparative-evaluation. IEEE Trans. Power Deliv, 6, 1088–1095. [6] Barnes, M. (2018).Design and experimental tests on a superconducting hybrid DC circuit breaker. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 28 (3). DOI:10.1109/TASC.2018.2793226.
[7] Baida, E.I. (2013). Vlijanie gidravlicheskogo dempfera na dinamiku dvuhpozicionnogo poljarizovannogo aktuatora [Influence of the hydraulic damper on the dynamics of a two-position polarized actuator]. Electrical engineering & electromechanics, 5, 15-19. [in Russian]
[8] Bolux, V.F., Shukin, I.S. (2017). Issledovanie teplovyh processov v linejnom impul'snoindukcionnom elektrome-hanicheskom preobrazovateley ciklicheskogo tipa [Investigation of thermal processes in a linear pulse-induction electromechanical converter of the cyclic type]. Electrical engineering &electromechanics, 5, 14-22. [in Russian].
[9] Baida, E.I. (2012). Matematicheskie modeli podkljuchenija bistabil'nyh poljarizovannyh aktuatorov k istochnikam energii [Power connection mathemetical models of polarized bistable actuators to a source of electric power].Visnyk NTU "HPI", 49 (955), 3-8. [in Russian].
[10] Baida, E.I. (2013). Matematicheskaja model' rascheta dinamiki dvuhpozicionnyh jelektromagnitnyh aktuatorov vakuumnyh vykljuchatelej srednego naprjazhenija [Mathematical model of two-position electromagnetic actuator dynamics calculation for MV vacuum circuit-breaker]. Zhurnal nauchnyh publikacij aspirantov i doktorantov, 1 (79), 136 - 141. [in Russian].
[11] Baida, E.I. (2009). Matematicheskoe modelirovaniindukcionno-dinamicheskih sistem [Mathematical modeling of induction-dynamic systems]. Electrical engineering &electromechanics, 5, 13-16. [inRussian].
[12] Bissal, A. (2013). Licentiate thesis on the design of ultra-fast electromechanical. Stockholm, Sweden, 120.
[13] Divchuk, T., Yarymbash, D., Yarymbash, S., Kylymnyk, I., Kotsur, M., & Bezverkhnia, Y. (2018). Approach to determination of no load current of threephase power transformers with plane rods magnetic systems. Electrical Engineering And Power Engineering, 2, 56-66. DOI:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2017-2-6
[in Russian]
[14] Yarymbash, D., Kotsur, M., Yarymbash, S., Kotsur, I. (2016). Features of three-dimensional simulation of the electromagnetic fields of the asynchronous motors. Electrical Engineering And Power Engineering, 2, 43-50. DOI:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2016-2-5 [in Russian]
[15] Yarymbash, D., Kotsur, M., Yarymbash, S., & Kotsur, I. (2017). Features of parameter determination of the induction motor substitution circuit for short-circuit mode. Electrical Engineering And Power Engineering, 1, 24-30. DOI:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2017-1-4 [in Russian]
[16] Yarymbash, D., Yarymbash, S., Divchuk, T., & Kylymnik, I. (2016). Determination features of the power transformer short circuit parameters through field modeling. Electrical Engineering And Power Engineering, 1, 12-17. DOI: http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2016-1-2 [in Russian]
[17] Kotsur, M., Kotsur, I., Andrienko, A., Andrienko, D. (2016). Opredelenie optimalnoy chastoty kommytacii ventiley preobrazovatelja po sheme chastotnotokovogo asinhronnogo-ventilnogo kaskada [Determination of the optimal switching frequency of the power switches of the frequency-current asynchronous-gate cascade converters]. Electrical Engineering And Power Engineering, 1, 5-11. DOI: http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2016-1-1 [in Russian]
[18] Weijie Wen, Yulong Huang, Member, Mohmmad Al-Dweikat, Zu’an Zhang, Tiehan Cheng, Shutong Gao and Weidong Liu. (2015). Research on Operating Mechanism for Ultra-fast 40.5kV Vacuum Switches. IEEE Power &Energy Society, 2553 –2560. DOI: 10.1109/ TPWRD.2015.2409122
[18] Aleksandrov, G.N., Borisov, V.V., Ivanov, V.A. i dr. (1985). Teoriya elektricheskih apparatov. Uchebnikdla vuzov po specialnosti "Elektriheskie apparati". M. Vysshaya shkola, 312. [in Russian]
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2018 BAIDA E.I., VOLKOVA O.G.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
