Цилиндрический линейный асинхронный двигатель в приводе высоковольтных выключателей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.02, кандидат технических наук Баженов, Владимир Аркадьевич

• Баженов, Владимир Аркадьевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Баженов, Владимир Аркадьевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ ПРИВОДОВ МАСЛЯНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИК.

1.1 Устройство и принцип работы выключателей.

1.2 Классификация приводов.

1.3 Основные элементы привода.

1.4 Общие конструктивные требования к приводам.

1.5 Электромагнитные приводы.

1.5.1 Конструкции электромагнитных приводов.

1.5.2 Электромагнитный привод на переменном токе.

1.5.3 Привод на основе плоского ЛАД.

1.5.4 Привод выключателя на основе вращающегося асинхронного двигателя

1.5.5 Привод на основе цилиндрического линейного асинхронного двигателя.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ.

2 РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ЛИНЕЙНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИ-ГАГЕЛЕЙ.

2.1 Анализ методик расчета характеристик ЛАД.

2.2 Методика на одномерной теории.

2.3 Методика на основе двухмерной теории.

2.4 Методика на основе трехмерной модели.

2.5 Математическая модель цилиндрического асинхронного двигате-ля на основе схемы замещения.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

3 РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1 Общие положения и решаемые задачи (постановка задачи).

3.2.Исследуемые показатели и параметры.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1 Определение инерционного сопротивления системы ВМ-привод.

4.2 Определение характеристик упругих элементов.

4.3 Определение электродинамических характеристик.

4.4 Определение аэродинамического сопротивления воздуха и гидравлического изоляционного масла ВМ.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

5 ТЕХНИКО ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Цилиндрический линейный асинхронный двигатель в приводе высоковольтных выключателей»

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 0,4. .35 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, особенно на первом этапе, первичной коммутационной аппаратуры, находящейся в эксплуатации [1]

Наибольшее распространение в сельских сетях нашли масляные выключатели (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 [82] отмечается, что 30.35% случаев действия релейной защиты и автоматики /РЗА/ не реализуется из-за неудовлетворительного состояния приводов. Причём до 85% дефектов приходится на долю ВМ 10.35 кВ с пружинно-грузовыми приводами. По данным работы [33] 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 отмечается в работах [2,16,53].

Имеется положительный опыт применения более надёжных электромагнитных приводов постоянного тока для ВМ 10 кВ [91,98] на понижающих подстанциях сельскохозяйственного назначения. Однако в силу ряда особенностей эти приводы не нашли широкого применения [ 53 ].

Целью настоящего этапа НИР является выбор направления исследования.

В процессе работы решались следующие задачи:

• определение показателей надёжности основных типов приводов ВМ- 6. .35 кВ и их функциональных узлов;

• анализ конструктивных особенностей различных типов приводов ВМ- 6.35 кВ;

• обоснование и выбор конструктивного решения привода ВМ 6.35 кВ и направления исследований.

Заключение диссертации по теме «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве», Баженов, Владимир Аркадьевич

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСССЛЕДОВАНИЙ И ОБЩИЕ 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 и уменьшить ущерб от недоотпуска электроэнергии энергоснабжающих компаний на 2 млн. руб.

4. Разработана физическая модель привода масляных выключателей типа ВМП ВМГ на напряжение 6.35 кВ, и даны их математические описания.

5. Разработан и изготовлен опытный образец привода, позволяющий реализовать необходимые параметры выключателя: скорость включения 3,8.4,2 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.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Баженов, Владимир Аркадьевич, 2012 год

1. Средства автоматизации сельских электрических сетей 0,38-20 кВ. Обзорная информация. /Комаров Д.Т. М.: Информэнерго. 1986, 36 с.

2. Анпо, А. Математика для электро- и радиоинженеров / А. Анпо М.: Наука, 1965. - 780 с.

3. Артемьев, Б.А. Обобщённая теория электрической машины со сплошным ротором./Б.А.Артемьев -Л.: изд-во ЛГУ, 1985. 188с.

4. Афанасьев, В.В. Приводы к высоковольтным выключателям и разъединителям высокого напряжения./В.В.Афанасьев, Э.Н.Якунин Л., Энергия, 1982. - 224с., ил.

5. Бочаров, В. И. Нагревание реактивной шины линейного асинхронного двигателя / В. И. Бочаров, В. А. Винокуров, Б. Н. Минаев и др. -ВСНТ. Изв. ВУЗ «Электромеханика», 1985, № 8, 61-67.

6. Бронштейн Н. Н. Справочник по математике / Н. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев. М.: Наука, 1986. - 544 с.

7. Веников В.А. Теория подобия и моделирования. -М.: Высшая школа, 1976.-479с.

8. Веселовский, О.Н. Линейные асинхронные двигатели./ О.Н.Веселовский, А.Ю. Коняев, Ф.Н.Сарапулов.- М., Энергоатомиз-дат, 1991,255 с.

9. Вольдек А.И. Электрические машины. JI. Энергия. 1974, 840 с.

10. Вольдек А.И., Толвинская Е.В. Основы теории и методы расчёта характеристик линейных асинхронных машин. Электричество 1975 №9 (29-36)

11. Н.Вилнитис А.Я., Дриз М.С. Концевой эффект в линейных асинхронных двигателях: Задачи и методы решения. Рига: Знание, 1981. -258с.

12. Герштейн Г.М. Моделирование полей методом электростатической индукции. -М.: Наука, 1970. 316 с.

13. Гриценко A.B., Цвяк В.М. Основные направления развития электрических сетей в сельской местности Украинской ССР на 1981-1985 г. и перспективы до 1990 г. // Энергетика и электрификация. 1981, № 3, с.3-5.

14. Гутенмахер Л.И. Электрические модели. Киев: Техника, 1975.-404 с.

15. Гольдберг О.Д., Турин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин. -М.: Высшая школа, 1984. 431с.

16. Демирчан К.С. Моделирование магнитных полей. -Л.: Энергия, 1974.-285

17. Епифанов А.П., Лебедев A.M., Талья И.И. Линейный асинхронный привод модульного типа. 1988, 46-55.

18. Епифанов А.П., Лебедев A.M., Талья И.И. Повышение эффективности тягового линейного асинхронного привода. Известия ВУЗов» Электромеханика» 1990, 60-67 с

19. Епифанов А.П. Основные вопросы проектирования тяговых линейных асинхронных двигателей. 1ч. Общие вопросы. Электротехника №1. 1992,с.

20. Епифанов А.П. Основные вопросы проектирования тяговых линейных асинхронных двигателей. 2ч. Расчётно-теоретические исследования характеристик. Электротехника. №5, 1992 с.

21. Епифанов А.П. Основные вопросы проектирования тяговых линейных асинхронных двигателей. Зч. Определение параметров и характеристик электромеханизмов. Электротехника № 1992. с

22. Епифанов, А. П. Расчетно-теоретические исследования нормальных сил в тяговых линейных асинхронных двигателях / А. П. Епифанов, А. М. Лебедев. Известия ВУЗ «Электромеханика», 1985, № 9.

23. Епифанов, А. П. Экспериментальные исследования тягового линейного асинхронного двигателя с шлицованной реактивной шиной / А. П. Епифанов.

24. Захаров, С.Н. Электромагнитные приводы переменного тока. Высоковольтное аппаратостроение./С.Н. Захаров, С.А. Чирцов. Сборник статей под редакцией A.M. Залесского. ГЭИ, 1954г.

25. ЗЗ.Зуль, Н.М.Повышение эффективности использования автоматического повторного включения в сельских электрических сетях. / Н.М.Зуль, М.В.Палюга, Ю.В.Анисимов / Энергетик, 1985, № 12, с. 8-10.

26. Жерве Т .К Промышленные испытания электрических машин. Л Энергоатомиздат. 1984. 408 с

27. Иванов-Смоленский, A.B. Электромагнитные силы и преобразование энергии в электрических машинах / A.B. Иванов-Смоленский. М.: Высшая школа, 1989, 312 с.

28. Иванов, А. А. Расчет электромагнитного поля линейного асинхронного тягового двигателя / А. А. Иванов, В. Н. Тимофеев. -Сб. докладов конф. «Оптимизация режимов работы систем электроприводов», Красноярск, 1980, с. 54-59.

29. Иванов-Смоленский A.B. Электромагнитные поля и процессы в электрических машинах и физическое моделирование. -М.: Энергия, 1969.-304 с.

30. Иванов-Смоленский, A.B. Исследование магнитных проводимостей и индуктивностей обмоток электрических машин и аппаратов методом моделирования на электропроводящей бумаге./ А.В.Иванов-Смоленский, А.И.Дулькин /-Электротехника, 1963, № 10, с. 27.37.

31. Иванов-смоленский A.B. Электрические машины. M.: Энергия, 1980.-928с.

32. Иваницкий C.B. Асинхронные короткозамкнутые электродвигатели с несимметричным вторичным элементом и математическое обеспечение их анализа. Диссертация канд.техн.наук: 05.09.01 - Свердловск: УПИ, 1985.-214с.

33. Кузнецов В.А. Физическое и математическое моделирование электрических машин. -Итоги науки и техники, ВИНИТИ АН СССР. Сер. Электрические машины и трансформаторы, 1981, 3.-104 с.

34. Карплюс У. Моделирующее устройство для решения задач теории поля. -М.: Иностр, лит-ра, 1962. -487 с.

35. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. -М.: Высшая школа, 1987, 248 с.

36. Козаченко Е.В. Линейные тяговые электродвигатели / М.: Информ-электро, 1984. - 72с./Серия «Электрические машины. Передвижные электростанции: Обзорн. Информация»., Вып.З/.

37. Куцевалов В.М. Вопросы теории и расчёта асинхронных машин с массивными роторами. М.-Л.: Энергия, 1966. - 304с.

38. Кукеков Г.А. Выключатели переменного тока высокого напряжения. Изд. 2-е, перераб. Л., Энергия, 1972. 336с., ил.

39. Корицкого Ю.В. /Справочник по электротехническим материалам. 3-х т./ т.1 3-е изд., перераб. М.: Энергоатомиздат. 1986.

40. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. 42. Машины переменного тока. Л 1973. 648 с.

41. Коняев А.Ю. Особенности расчёта характеристик линейного двигателя с массивным магнитопроводом. Электричество. 1983 №8 65-67.

42. Лебедев, А. М. Нормальные силы в тяговых линейных асинхронных двигателях / А. М. Лебедев// Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. Л.: ЛПИ им. М. И. Калинина, 1987.

43. Макаров, A.C. Комплексная автоматизация распределительных сетей сельскохозяйственного назначения. / А.С.Макаров, A.C. Олейничен-ко, Р.Е.Сирик / Энергетика и электрификация. 1979. № 2, с. 31-33.

44. Марков, H.A. Индкуционный привод трехфазного тока для высоковольтных выключателей./ H.A. Марков, О.Я. Новиков./ «Электрические станции», №5, 1959г., с. 10. 12.

45. Матин, В. И. Исследование влияния высших гармоник магнитного поля на работу линейных индукционных машин /. В. И. Матин // Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. Л.: ЛПИ им. М. И. Калинина, 1974.

46. Могильников, B.C. Асинхронные двигатели с двухслойным ротором и их применение./В.С. Могильников, А.М.Олейников, А.Н.Стрельников /-М.: Энергоатомиздат,1983. 120с.

47. Махорский Ю.Л. Асинхронные машины с электромагнитной несимметрией индуктора: (Разработка и математическое моделирование): Диссертация канд.техн.наук: 05.09.01 Свердловск: УПИ, 1985. -308с.

48. Науменко Б.Ю. Моделирование на электропроводящей бумаге линейных асинхронных приводов промышленных транспортных устройств: Афтореф.дис. канд.техн.наук: 05.09.03. -М.: МАДИ, 1984,- 19с.

49. Нейман Л.Р. Поверхностный эффект в ферромагнитных телах. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1949. - 190с.

50. Насар, С.А. Линейные тяговые электрические машины. / С.А.Насар, И.Болдер /.- М., Транспорт. 1981, 176 с

51. Нейман Л.Д. Поверхностный эффект в ферромагнитных телах. Л. М., Госэнергоиздат. 1949, 190 с.

52. Нейман, Л.Р. Теоретические основы электротехники т. 2 / Л.Р Нейман, К. С. Демирчан Л.: Энергия. 1966. - 406 с.

53. Огарков, Е. М. Область применения одномерной теории линейных асинхронных двигателей / Е. М. Огарков Известия ВУЗ «Электромеханика», 1985, № 1, с. 121-125.

54. Парте И.Р. Теоретическое и экспериментальное исследование индукционных машин с разомкнутым магнитопроводом. Таллин: Валгус, 1972.-246с.

55. Пархоменко, А. И. Анализ многополюсного линейного асинхронного двигателя с различными обмотками индуктора / А. И. Пархоменко, С. В. Карась и др. «Электричество», 1987, № 2, с. 62-66.

56. Пискунов, Н. С. Дифференциальное и интегральное исчисления / т.2-М: Наука, 1976.- 576 с.

57. Пястолов, A.A. Разработка привода для высоковольтных выключателей 6.35 кВ. /A.A. Пястолов, И.Н.Рамазанов, Р.Ф.Юнусов, В.А. Баженов // Отчет о научно-исследовательской работе (х. № ГР 018600223428 инв. №02900034856. -Челябинск: ЧИМЭСХД990. 89 с.

58. Пястолов, A.A. Привод высоковольтного масляного выключателя. /Юнусов Р.Ф., Рамазанов И.Н., Баженов В.А. // Информационный листок № 91-2. -ЦНТИ, Челябинск, 1991.- 4с.

59. Пястолов, A.A. Цилиндрический линейный асинхронный двигатель. /Юнусов Р.Ф., Рамазанов И.Н., Баженов В.А. // Информационный листок № 91-3. ЦНТИ, Челябинск, 1991,- 4 с.

60. Ращепкин, А. П. Электромагнитные поля, параметры и характеристики линейных индукционных машин со сплошной рабочей средой / А. П. Ращепкин// Автореферат диссертации на соискание ученойстепени докт. техн. наук Киев, Институт электродинамики АН УССР, 1989

61. Рязанов Г.А. Опыты и моделирование при изучении электромагнитного поля. M.: Наука, 1966. -191 с.

62. Рамазанов И.Н. /Привод высоковольтного выключателя. /, Р.Ф. Юну-сов. A.C. 1483505 (СССР). Опубл. в Б.И. № 20 1989.

63. Рыклин, Ф.Г. Электродвигательный привод трехфазного тока для масляных выключателей. / Ф.Г. Рыклин./ «Электрические станции», №5, 1966г., с. 22.25.

64. Сарапулов Ф.Н. К оценке продольного концевого эффекта в машине с разомкнутым магнитопроводом/ «Электрические машины и электромашинные системы». ( Межвузовский сборник) Пермь. 1977 г.

65. Сарапулов Ф .Н. Исследования электромагнитных процессов в линейных асинхронных двигателях с обмотанной вторичной частью/ «Электричество», 1979, №4, с. 53-21.

66. Сарапулов Ф.Н. Расчёт характеристик линейных асинхронных двигателей/Учебное пособие. Свердловск: УПИ. 1989, 104 с.

67. Сарапулов Ф.Н. Несимметричные индукционные двигатели с замкнутыми и разомкнутыми магнитопроводами: (Обобщение теории, разработка и внедрение)/ Диссертация докт.техн.наук: 05.09.01 -Свердловск: УПИ, 1981. 460с.

68. Сарапулов Ф.Н. Исследование электромеханических переходных процессов линейного асинхронного двигателя / A.A. Емельянов, C.B. Иваницкий, М.Г. Резин. Электричество, 1982, № 10, с.54.57.

69. Скобелев В. Е. Анализ путей улучшения хар-к тяговых линейных асинхронных двигателей для высокоскоростного наземного транспорта. / Соловьёв Г.И., Епифанов А.П. «Железные дороги мира» 1978, №2, с. 3-12.

70. Скрябина, Т И. Исследование характеристик линейной асинхронной машины в двигательном и тормозном режимах / Т И. Скрябина // Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. Л.: ЛПИ им. М. И. Калинина, 1978.

71. Сулимова, М.И. Повреждаемость аппаратуры релейной защиты и электроавтоматики. / М.И.Сулимова, В.С.Гусев / Электрические станции. 1980. № 4, с. 47-51.

72. Сухоруков В.В. Математическое моделирование электромагнитных полей в проводящих средах. -М.: Энергия, 1975. -150 с.

73. Сергеев, П.С. Проектирование электрических машин./П.С. Сергеев, Н.В.Виноградов, Ф.А.Горяинов / М.: Энергия, 1970. - 632с.

74. Тетельбаум И.М. Тетельбаум Я.И. Модели прямой аналогии. -М.: Наука, 1979.-384 с.

75. Талья, И.И. Линейный асинхронный двигатель / И.И. Талья, А. П. Епифанов, В. И. Серебряков и др.// A.C. 1432682 СССР. Заявлено 25.03.87. Опубл. 23.10.88. Бюл. № 39, с. 252.

76. Талья, И.И. Асинхронный тягово-левитационный модуль транспортного средства / И.И. Талья, В. И. Серебряков, А. П. Епифанов и др. -Известия ВУЗ «Электромеханика», 1991, № 1, с. 36-42.

77. Талья И.И. Моделирование магнитного поля зубцового рассеяния линейной асинхронной машины на электропроводящей бумаге. -Изв.вузов. Электромеханика, 1978, № 7, с.724.729.

78. Туровский Я. Электромагнитные расчёты элементов электрических машин: Пер. с польск. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 200с.

79. Трещев И.И. Электромеханические процессы в машинах переменного тока. Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980. - 344с.

80. Фещенко, П.П. Применение электромагнитного привода ПЭ-11 для масляных выключателей./ П.П.Фещенко, В.Н.Красинский, А.П.Сегеда / Энергетик. 1979. № 8. с. 23-25.

81. Форсайт, Дж. Машинные методы математических вычислений: Пер. с англ./ Дж.Форсайт, М.Малькольм, К.Маулер/ М.: Мир, 1980. -280с.

82. Фридкин П.А. Безредукторный дугостаторный электропривод. JI. «Энергия», 1970, 138 с.

83. Чернова И.М. Моделирование линейных двигателей электрооборудования стендов для динамических испытаний автомобилей и дорожно-строительных машин: Афтореф.дис. канд.техн.наук: 05.09.03. М.: МАДИ, 1979.-23с.

84. Чесонис В. И. Линейные асинхронные двигатели / В. И. Чесонис// Автореферат диссертации на соискание ученой степени докт. техн. наук Л.: ВНИИЭлектромаш, 1982.

85. Шимони, К. Теоретическая электротехника /К. Шимони М.: Мир, 1964.-775 с.

86. Шмитц, Н. /Введение в электромеханику / Н. Шмитц , Д. Новотный -М.: Энергия. 1969.-336 с.

87. Юндин, М.А.Эксплуатационные показатели надёжности сельских воздушных линий 10 кВ / Юндин М.А., Юндин А.Д., Романенко A.B. / Энергетик. 1983. № 10. с. 26-27.

88. Юнусов, Р.Ф. Разработка линейного электропривода сельскохозяйственного назначения. /Р.Ф. Юнусов, И.Н. Рамазанов, В.В. Иваниц-кая, В.А. Баженов // XXXIII научная конференция. Тезисы докладов." Свердловск, 1990, С. 32-33.

89. Ямамура С. Теория линейных асинхронных двигателей: Пер. С англ. Л.: Энергоатомиздат. Ленинград, отд-ние, 1983. - 180с.

90. Bolder I., Nasar S.A. Simulation of high- speed linear-induction-motor end effects in low-speed tests. Proe IEE, 1974, vol 121, №9 p. 961964.

91. Blond T.A., Freeman E.M. Seale-model linear induction motors with solid iron secondaries- Proc IEE, 1978, vol 125. №11, p 1223. 1226.

92. Oney M.R., Mischler W.R. Experimental evaluation of high-speed, single-sided linear induction motor-IEE Power End Sac. Text "A" Pap winter meet. New-York №1, 1978, p 278. 4/1-278. 4/6

93. Freeman E.M., Lowther D.A., Laithwait E.R. Scale-model linear inductions motors Proc IEE 1975 vol. 122. P. 721.726.

94. Oberretl K. Dreidimensionale Berechming des Linearmotor mit Berucksichtingny des Endeffekte und der WicklungsVerteilung. Archiv fur Elektrotechnik. 1973, 55 №4, c.l 81-190.