Конструкция и принцип действия электромагнитного привода

2.1 Конструкция передаточного механизма выключателя

Передача движения от двигателя (соленоида, другого органа) к контактной системе осуществляется с помощью передаточного механизма выключателя, состоящего из ряда плоских, шарнирных четырехзвенников, валов, рычагов, тяг и других элементов. В качестве примера (рис. 2.1.1) приведена схема передаточного механизма бакового масляного выключателя.

Процесс включения протекает следующим образом: Шток подвижного органа 1 (на схеме не показан) давит на ролик 4 снизу вверх и поворачивает рычаг 3-4 по часовой стрелке на угол, приблизительно равный 90⁰. С помощью четырехзвенников 3, 4, 5, 6 и 6, 7, 8, 9 движение передается к валу 9 и далее с помощью четырехзвенника 9, 10, 11, 12 – к валу полюса 12. А с помощью тяги 19 движение передается на другие полюса выключателя. Дальнейшая передача движения к контактным траверсам 18 осуществляется с помощью выпрямляющих устройств полюсов. Каждое такое устройство имеет неподвижные шарниры 12 и 16, рычаги 12-14, 15-16, и коромысло 13-14-15. При вращении рычагов 12-14 и 15-16 шарнир 13 перемещается вверх по траектории близкой к вертикальной прямой, и поднимает изолирующую штангу 17, с контактной траверсой. Когда рабочий орган привода доведет механизм до положения «Включено», подача энергии автоматически прекращается и механизм запирается. Реакцию отключающих пружин 20, а так же пружин контактной системы воспринимает упор 2, который садится на ролик 4.

В положении «Включено» механизм выключателя заперт, отключающие пружины напряжены. Что бы отключить выключатель необходимо освободить подвижную систему механизма с помощью небольшого электромагнита. При этом отключающая и другие пружины приходят в действие и сообщают контактной системе необходимую скорость. Отключающее устройство должно обеспечивать возможность беспрепятственного отключения выключателя не только из положения «Включено» но и на любой стадии незавершенного процесса включения, когда рабочий орган привода еще работает на включение. Это требование связано с установившейся практикой Автоматического Повторного Включения выключателя на неустранившееся КЗ. В этом случае быстродействующая релейная защита подает команду на отключение еще до завершения цикла включения. Подвижный орган привода не должен препятствовать немедленному отключению выключателя.

Мощность, необходимая для освобождения механизма выключателя, невелика по сравнению с мощностью, необходимой для включения. Поэтому замыкание цепи электромагнита отключения может быть выполнено малогабаритными контактами реле.

Механическое устройство, обеспечивающее свободное отключение выключателя независимо от положения подвижного органа привода называют устройством свободного механического расцепления.

Большинство приводов снабжено такими устройствами. Они отсутствуют в некоторых моделях пневматических приводов, где свободное отключение обеспечивается другими способами.

2.2 Конструкция и принцип действия электромагнитного привода

Двигательный орган электромагнитного привода состоит из: (рис. 2.2.1) магнитопровода 1, сердечника 2, неподвижного «стопа» 3, катушки 4. Последняя имеет две секции, которые расположены внутри магнитопровода. Они включаются параллельно или последовательно, в зависимости от номинального напряжения сети постоянного тока (110В или 220В). В торец сердечника 2 ввинчен шток 5, который в процессе включения упирается в ролик ведущего рычага передаточного механизма и поворачивает его по часовой стрелке.

Тяговая сила электромагнита зависит от тока и положения сердечника (рис. 2.2.2).

 

Цифры у кривых указывают значение тока в долях номинального Iном = Uном/R, где R – сопротивление обмотки. Как видно из рисунка, тяговая сила увеличивается по мере уменьшения расстояния h, и достигает максимального значения при подходе к положению «Включено». Такая характеристика соответствует статической характеристике выключателя.

В процессе включения ток и магнитный поток электромагнита непрерывно изменяются. Сначала, при замыкании цепи, ток увеличивается приблизительно экспоненциально, пока не достигнет значения, достаточного для трогания нагруженного сердечника (рис. 2.2.3). Время, необходимое для такого нарастания тока, относительно велико (0,2 сек.).

Когда ток достигнет необходимого значения, начинается движение сердечника. Скорость его быстро увеличивается, а скорость нарастания тока уменьшается.

При включении выключателя на ненагруженную цепь ток в цепи не успевает достигнуть установившегося значения. Если же включение происходит на КЗ, то возникают электродинамические силы, препятствующие движению сердечника и завершению операции включения. Скорость сердечника резко уменьшается, что вызывает увеличение тока в электромагните и увеличение тяговой силы. Сердечник вновь увеличивает скорость и доводит подвижную систему выключателя до положения «Включено» (рис. 2.2.4).

Если мощность электромагнита недостаточна, происходит сильное торможение сердечника и опасность оплавления контактов, поскольку давление в них недостаточно.

Электромагнитные приводы относятся к приводам медленного действия. Собственное время привода (от момента подачи команды на включение до момента трогания) составляет большую часть полного времени включения. Последнее достигает 0,5 сек. и более.

Для питания электромагнитных приводов необходима аккумуляторная батарея достаточной емкости, обычно, предусматриваемая на станциях в качестве независимого от энергосистемы вспомогательного источника энергии. Однако в большей части понижающих подстанций установка аккумуляторных батарей экономически не оправдывается. В этих условиях применение электромагнитных приводов возможно только при питании от сети переменного тока через индивидуальные, полупроводниковые выпрямители. Но такая схема не обеспечивает возможность операции с выключателем при нарушении энергоснабжения. Поэтому применение электромагнитных приводов при отсутствии аккумуляторной батареи нецелесообразно. В последнее время в связи с увеличением отключающей способности выключателей и повышением требований к быстродействию электромагнитные приводы вытесняются более совершенными, пневматическими.