intTypePromotion=3

HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN : MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP part 9

Chia sẻ: Ouiour Isihf | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

0
105
lượt xem
38
download

HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN : MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP part 9

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong quá trình biên soạn, các tác giả còn tham khảo các giáo trình "THIẾT KẾ MÁY NGẮT CAO ÁP", "THIẾT KẾ MÁY NGẮT DẦU",...là những tài liệu đã được trường Đại học Bách khoa Hà Nội xuất bản. Sách này không chỉ dùng làm tài liệu giảng dạy và học tập cho sinh viên ngành Điện mà còn có thể làm tài liệu dùng cho nghiên cứu cũng như tham khảo cho ki sư và cán bộ ki thuật ngành điện cũng như các chuyên ngành liên quan....

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN : MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP part 9

  1. Chú ý đến phương trình (8-27) từ (8-31) sẽ nhận được : F1 F2 k −1 ⎛γ ⎞ 2 C0t = C0 ⎜ 0t ⎟ ⎜γ ⎟ Pa V1 ⎝ 0⎠ P0t, γ0t, Và phương trình (8-30) có θ F1 dạng: >F2 dγ 0t α k +1 = − k −1 γ 0 t 2 (8-33) Hình 8-8. Sơ đồ để tính thể tích tối thiểu của bình chứa. dt γ 02 0,57F1C0 Trong đó: α = V1 Với các điều kiện ban đầu t = 0; γ 0t = γ 0 nghiệm của phương trình này có dạng: γ0 γ 0t = (8-34) 2 αt ⎡ ⎤ k −1 ⎢1 + 2 (k − 1)⎥ ⎣ ⎦ Trên cơ sở (8-27) ta nhận được quan hệ giữa áp suất và thời gian: p0 p0t = (8-35) 2k ⎡ αt ⎤ k −1 ⎢1 + 2 (k − 1)⎥ ⎣ ⎦ Dưới chế độ dưới tới hạn cách tính về sự chảy có thể tiến hành với mức độ chính xác trên cơ sở của các hệ thức sau: γ 1 = γ a = const (8-36) p p1 = a = β t = f (t ) (8-37) p0 t p0 t k +1 dγ 0t γ − dβ t = − a βt k (8-38) dt k dt F1C0 ϕ(β t )γ a dγ 0t =− (8-39) dt V1 Giải liên hợp (8-38) và (8-39) ta được: β =βt dβ t V1 ∫,53 1+ k tn = (8-40) kF1C0 β = 0 β k ϕ(β ) t t Tương tự như trên, phương trình (8-40) giải bằng phương pháp đồ thị tích phân. Trong kết quả của tính toán xác định được quan hệ: 181
  2. β t = f (t ) Theo quan hệ tìm được và sử dụng phương trình: p p0t = a (8-41) βt Ta xác định hành trình của sự thay đổi áp suất trong thể tích làm việc, trong thời gian của quá trình này trị số β t thay đổi trong khoảng: 0,53 ≤ β t < 1 . 8.5. Sự BƠM ĐầY KHÔNG GIAN LÀM VIệC HÌNH TRụ CủA Bộ PHậN CƠ KHÍ CHUYểN ĐộNG BằNG HƠI Sơ đồ tính toán của bộ phận cơ khí chuyển động bằng hơi nêu ở hình 8-9. Không khí nén có các tham số ban đầu p0 , γ 0 , θ 0 qua lỗ F vào không gian làm việc hình trụ, pít tông càng chuyển động thể tích hình trụ càng thay đổi. Trong trường hợp này quá trình bơm đầy, áp suất không khí trong đó được xác định bằng các tham số và đặc tuyến cơ khí của pít tông và của hệ thống di động (khối lượng qui đổi của hệ thống di động, trị số và đặc tuyến của các lực ma sát , ....). g V t, ,t ,t F t P I Vt Po go I o m( ) Fo Hình 8-9. Sơ đồ để tính sự chuyển động pít tông của bộ phận cơ khí chạy bằng hơi. Bài toán của hệ thống này thường tiến hành: 1) Xác định sự thay đổi áp suất của không khí trong không gian làm việc hinh trụ theo thời gian. 2) Xác định tốc độ chuyển động và đường chuyển dịch của pít tông cho từng thời điểm. Giải bài toán này là giải liên hợp các phương trình biểu thị quá trình bơm đầy không khí nén vào một số thể tích biến thiên và phương trình chuyển động của hệ thống được xét có tham số cho trước. Trong trường hợp bơm đầy không tính đến sự trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh (như giả thiết) các phương trình cơ bản biểu thị sự bơm đầy vào thể tích biến thiên có hai dạng sau: 182
  3. + Các phương trình về số lượng khí trong thể tích Vt tại thời điểm t và về lưu lượng khí đi qua lỗ F: dγ dQt dVt Qt = γ t V t ; = G t = Vt t + γ t (8-42) dt dt dt t Qt = ∫ G t dt + V0 γ 0 (8-43) 0 Trong đó: V0 là thể tích ban đầu của không gian làm việc. γ 0 : Khối lượng riêng ban đầu của khí. + Phương trình cân bằng nhiệt. G t I 0 dt = d(G t I t ) − AV t dpt (8-44) Trong đó :I0 và It là entropi của khí trong bình chứa và trong hình trụ. A: đương lượng nhiệt. Trên cơ sở (8-44) và hệ thức : kA p I= . k −1 γ Trong đó k: hệ số mũ đẳng nhiệt, ta biến đổi phương trình (8-41) đưa về dạng: p dγ dpt −k t . t γ t dt Gt dt = (8-45) p0 p t Qt kγ t ( − ) γ0 γt Trong tính toán lưu lượng Gt được xác định trên cơ sở của các phương trình đã nêu tương ứng với các chế độ trên tới hạn và dưới tới hạn: G tth = 0,57.F.C0 γ 0 G tdth = FC0 ϕ(β )γ 0 pt và ϕ(β) : tốc độ không đơn vị, giá trị của nó có thể xác định theo các đường β= p0 cong hình 8-3. Phương trình chuyển động là phương trình cơ bản của hệ thống được xét, giới thiệu nó trong dạng chung như sau: d[m(x )] p t F0 − ∑ p(x ) dv h(x ) 2 1 + v+ = (8-46) v2 dt m(x ) 2m(x ) m(x ) dx Trong đó: v : tốc độ chuyển dịch của pít tông. m(x) : khối lượng chuyển dịch của tất cả hệ thống di động qui đổi về pít tông. h(x) : lực chống rung qui đổi về tốc độ của pít tông (tốc độ bằng đơn vị). 183
  4. ∑ p( x) : tĩnh lực quy đổi tác động vào pít tông ở các vị trí khác nhau x. p t F0 : áp lực của không khí nén tác động vào diện tích làm việc của pít tông F0 tại thời điểm t. Hệ các phương trình (8-45) và (8-46) trong dạng chung không giải được, cho nên giải bài toán phải tiến hành bằng phương pháp số. Ở dưới sẽ cho một trong các phương pháp số tính gần đúng của hệ thống đang xét. V2 Để tính ta cần phải biết: các tham số của không khí trong bình chứa p0 , γ 0 , θ 0 ; các tham số và đặc tính cơ học và hình học của hệ thống, cũng như các tham số của không F1 khí trong bình trụ tại thời điểm pít tông bắt đầu đẩy. Ta xác định các tham số sau cùng này V1 trên cơ sở của phương trình (8-46) với các Hình 8-10. Để tính giai đoạn thứ nhất về sự điều kiện ban đầu: bơm đầy buồng dập hồ quang của dv t = 0; v = 0; =0 máy ngắt BB-110. dt ∑ p( x) 0 nghĩa là: p 0 t = F0 ∑ p( x) : lực tĩnh qui đổi tác động vào pít tông tại thời điểm đẩy. 0 Theo các giá trị tìm được p 0 t ta xác định γ 0t , cũng như tính sự bơm đầy thể tích ban đầu V0 tại thời điểm đẩy pít tông dưới chế độ chảy nào đó. Với khoảng thời gian thứ nhất cho trước Δt 1 và thể tích ban đầu V0 ta tìm được giá trị cuối cùng về khối lượng riêng của không khí trong hình trụ theo phương trình: G Δt + γ 0 V0 G t Δt 1 γ t1 = t = + γ0 V0 V0 và tiếp theo: dγ t Δγ t 1 γ 0t − γ t 1 G t = = ≈ Δt 1 Δt 1 dt V0 Với các khoảng thời gian tiếp sau các phương trình này có dạng: G Δt + γ 0 V0 ⎫ γ tn = tn n ⎪ ⎪ V tn (8-47) ⎬ dγ tn G t ⎪ ≈ ⎪ ⎭ dt Vt 184
  5. Nhận thấy rằng, trong mỗi khoảng thời gian Δt n các giá trị pt , γ t , G t không thay đổi, ta có thể tính được trị số áp suất theo phương trình: [ ] B n Cn 1 − e− (kB n − D n )Δt n + p t ( n−1)e− (kBn − D n )Δt n p tn = (8-48) kB n − D n Trong đó: ⎫ G tn Bn = G t n Δt n + γ 0t V0 ⎪ ⎪ ⎪ p0 Cn = kγ tn (8-49) ⎬ γ0 ⎪ ⎪ G tn Dn = k ⎪ γ tn V tn ⎭ Phương trình về sự chuyển động (8-45) đối với khoảng thời gian ngắn Δt n có thể tính một cách gần đúng như sau: dv + b 2 v 2 = a2 (8-50) dt pt F0 ± ∑ p(x ) h(x ) b= Trong đó: a = và m(x ) m(x ) Nghiệm của phương trình này đối với v n ở cuối khoảng thời gian Δt n có dạng: 1⎡ ⎤ ω th⎢ω n Δt n + n arth(η n−1 v n−1 )⎥ vn = (8-51) η⎣ ω n −1 ⎦ Trong phương trình này có: b ω n = an b n ; η n = n an b ω n − 1 = a n − 1 b n − 1 ; η n − 1 = n −1 a n −1 Các kí hiệu n-1 và n tương ứng với các khoảng thời gian trước và đang xét Δt n−1 và Δt n . 185
  6. Tốc độ trung bình của sự chuyển F2 động pít tông trong các khoảng Δt n tìm theo phương trình: V,2 v + vn v trb = n−1 F,1 2 và tương ứng với nó gia tốc về hành trình của pít tông được xác định theo: Δx n ≈ v trb .Δt n Khi đó thể tích không gian làm việc F1 Vtn ở cuối khoảng thời gian đang xét được xác định theo biểu thức: i =n v tn = F0 ∑ Δx t + V0 (8-52) V1 i =0 Giá trị Vtn tìm được từ (8-52) phải bằng giá trị đã nhận trong các phương trình Hình 8-11. Để tính giai đoạn thứ hai về sự bơm đầy buồng dập hồ quang của máy (8-48) và (8-49). Khi giải bằng con số trong ngắt BB-110. trường hợp các trị số này không trùng nhau thì tính lặp lại và tìm sự gần đúng lần hai của tất cả các trị số. Trong kết quả của tính toán dựng các đường cong: p t = f (t ); x = f 1 (t ) và v = f 2 (t ) và tìm được thời gian pít tông chuyển động hoàn toàn. Trong thực tế thiết kế có thể có các trường hợp đơn giản hơn, khi các giá trị p(x), m(x) và lực ma sát trong quá trình chuyển động ít thay đổi và xem như không đổi. Trong trường hợp này phương trình (8-46) có dạng đơn giản hơn: dv p t F0 − p t − p τ = (8-53) dt m pt : tĩnh lực tác động về phương diện cơ học vào pít tông. p τ : lực ma sát. Khi đó tính tốc độ chuyển động của pít tông ở cuối khoảng thời gian đang xét Δt n có thể tiến hành theo phương trình: p F − p t − pτ vn = t 0 Δt n + v n − 1 (8-54) m còn lại cách tính sự bơm đầy vẫn giống như trường hợp trước. Trong một số trường hợp có thể gặp các điều kiện về bơm đầy và chuyển động pít tông đơn giản hơn, biểu hiện bằng các phương trình đơn giản. Trong các trường hợp này xét sơ lược các trường hợp tính từng bộ phận như: hệ thống tiếp điểm, pít tông của buồng dập hồ quang, đĩa van,... 8.6. VÍ Dụ TÍNH Sự BƠM ĐầY BUồNG DậP Hồ QUANG CủA MÁY NGắT KHÔNG KHÍ ĐIỆN ÁP 110KV 186
  7. Tính toán và dựng đường cong áp suất không khí trong buồng dập hồ quang của máy ngắt không khí khi bơm đầy trong quá trình mở. 1. Các tham số cho trước Thể tích bình chứa V1=1,3m3. áp suất ban đầu của không khí trong bình chứa p0=20 at. Đường kính của lỗ van bình D=17cm. Số nắp mũ thổi và đường kính của các lỗ: hai nắp mũ với d1=55mm (hình trụ), hai nắp mũ với d2=30mm (hình nón). 2) Tính tiết diện hiệu ứng của các lỗ Hệ số thu hẹp các lỗ van chính ta lấy μ=0,45. Vậy tiết diện: πD 2 0,45.π.172.10−4 = 1,02.10− 2 m 2 F1 = μ = 4 4 Nhân cho các nắp mũ tiếp điểm μ1=0,5 và μ2=0,7 ta tìm tổng tiết diện hiệu ứng các lỗ của nắp mũ: ( ) ( ) π π μ 1d1 + μ 2 d 2 = 0,5.5,5 .10− 4 + 0,7.3 .10− 4 = 0,33.10 2 ; [m 2 ] − F2 = 2 2 2 2 2 2 3) Tính sự đồ đầy khi các nắp mũ đóng ở chế độ trên tới hạn Sơ đồ tính toán ở hình 8-10. Thể tích được bơm đầy ở giai đoạn thứ nhất: V2= 6.10-2m3. 187
  8. Cách tính được tiến hành phù hợp với các phương trình (8-7) và (8-10) theo công thức tính toán: η(β) 0,4 k ⎡ γ⎤ 2 1 p t = p bâ ⎢1 − α 2 k0 t ⎥ 0,3 γ bâ ⎦ ⎣ Trong trường hợp này pbđ=1 at, 3 0,2 θ bđ=2930 K 4 1.104 p γ bâ = bâ = = 1,17kg/m3 0,1 Rθ bâ 29,3.293 β 0 20.104 p 1,0 γ0 = 0 = = 23,5kg/m3 Hình 8-12. Giai0đoạn thứ8 ai của9 ự bơm đầy 70h0s 05 06 Rθ 29,3.293 buồng dập quang của máy ngắt BB-110. 0,57.F.C0 0,57.1,02. −2.345 10 1 α2 = = = 33,[ ] 1) Khi F2 = 0,2 F 1 2) Khi 2 = 0,4 −2 V2 s 6.10 F1 F1 F F 3) Khi 2 = 0,6 4) Khi 2 = 0,8 Khi đó công thức tính toán có dạng: F1 F1 p t = (1 − 625t ) 1,4 Theo công thức này tính và dựng phần đầu của đường cong hình 8-14. Chế độ trên tới hạn kết thúc khi p t = 0,523p ≈ 10,5at. Tương ứng với nó thời gian t 1 ≈ 8.10−3 , s . 0 4) Tính sự bơm đầy khi các nắp mũ đóng ở chế độ dưới tới hạn Sơ đồ tính toán ở hình 8-10. Áp suất được tính theo phương trình (8-16) bằng phương pháp đồ thị tích phân. Muốn vậy ta bắt đầu tìm: kF1C0 1,4.1,02.1 −2.3450 1 = = 81,5 ] [ −2 V2 s 6.10 Để tính ta sử dụng đường cong tích phân hình 8-5. Đoạn đường cong về áp suất đối với chế độ này cũng được dựng ở hình 8-14. Thời gian của chế độ này rất ngắn t 2 ≈ 2.10−3 , s , vì trong lúc đó các nắp mũ mở và giai đoạn thứ hai của sự bơm đầy bắt đầu. 5) Tính giai đoạn thứ hai của sự bơm đầy 188
  9. Sơ đồ tính toán cho ở hình 8-11. 1 Trong hành trình của giai đoạn này 12 η(β ) có sự thu hẹp không khí ở chỗ chuyển từ ống thổi vào buồng dập hồ quang. Tính đến 10 điều đó cần phải lấy thể tích ruột bên trong của buồng dập hồ quang V2 làm thể tích V2; ' 8 tiết diện lỗ ra từ ống vào buồng dập hồ ' quang F1 làm tiết diện F1. 6 Trong trường hợp này: β 4 F −2 −3 V = 1,2.10 m ; F = 5.10 m ; 2' ≈ 0,6 ' 3 ' 2 1,0 2 1 F1 05 06 07 08 09 Hình 8-13. Để tính giai đoạn thứ hai của sự bơm Tính toán được tiến hành trên cơ sở đầy buồng dập hồ quang của máy ngắt của phương trình (8-25), giá trị của số nhân BB-110. Hàm số trong dấu tích phân trong phương trình này: F 1 = f (β ) khi 2 = 0,6 . η(β ) F1 − ' 1,2.10 2 V2 − = = 0,5.10 2 , [s] −4 ' kF1C0 1,4.50.10 .345 Trong hình 8-12 xây dựng quan hệ của: k −1 F2 k η(β) = βϕ(β) − 0,57 β F1' Theo đó ở hình 8-13 ta xây dựng hàm số trong dấu tích phân của phương trình (8- 1 = f (β) , theo hàm số này với giá trị ban đầu: β bâ = 0,65 chúng ta tìm quan hệ của 23) η(β) β t = f 1 (t ) và sau đó p t = β t p0 = f 2 (t ) Trong hình 8-14 xây dựng đoạn đường cong tương ứng với giai đoạn thứ hai của sự bơm đầy. Khoảng thời gian t3 tương ứng với giai đoạn này. Quá trình kết thúc ở thời điểm t 4 = t 1 + t 2 + t 3 , khi đó van thổi đóng lại. Ở hình 8-14 người ta dựng đường cong thực nghiệm cho máy ngắt đó với các điều kiện tương tự. So sánh các đường cong này thấy rằng chúng trùng nhau. 189
  10. Pt [ ] 1 2 16 12 8 6 4 t[10- 0 2 s] 8 10 6 2 4 t3 Hình 8-14. Sự thay đổi áp t0ấttrong buồng dập hồ4 quang của máy ngắt không khí BB-110 khi su t t2 t 1 ngắt. 1) Đường cong tính toán. 2) Đường cong thực nghiệm: t0 : thời gian mở van thổi. t1: thời gian của chế độ trên tới hạn. t2: thời gian của chế độ dưới tới hạn . t3: giai đoạn thứ hai của sự bơm đầy. 190
  11. CHƯƠNG 9 CƠ CẤU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ CỦA MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP 9.1. CÁC SƠ Đồ ĐộNG HọC CủA TRUYềN ĐộNG CƠ KHÍ Trong máy ngắt cao áp sự chuyển dịch các hệ thống tiếp điểm động theo hành trình cho trước với tốc độ cho sẵn khi đóng và ngắt được thực hiện gián tiếp bằng các bộ phận cơ khí, chúng đóng được là nhờ năng lượng của bộ phận truyền động. 7 7 6 6 4 4 3 5 3 2 K0 MCP 1 1 b) a) 7 6 8 6 1 1 c) d) Hình 9-1. Các sơ đồ nguyên lí động học về các bộ phận cơ khí của máy ngắt. Quan hệ động học của hệ thống tiếp điểm với bộ phận làm việc truyền động (phần ứng điện từ, pít tông, lò xo điều tiết,...) thực hiện bằng các phương pháp khác nhau phụ thuộc vào kiểu của máy ngắt và kiểu của truyền động. Các sơ đồ nguyên lí động học của máy ngắt cao áp ở hình 9-1a, b, c, d. Sơ đồ a, khi mở hệ thống tiếp điểm động 6 chuyển động là nhờ bộ phận truyền tác động một chiều qua khâu trung gian 4. Tổng hợp các khâu trung gian này gọi là bộ phận truyền động cơ khí. 191
  12. Ở các lò xo mở 5 của bộ phận truyền động cơ khí trong quá trình đóng, dự trữ một thế năng, nhờ thế năng này khi mở hệ thống tiếp điểm và các chi tiết của bộ phận cơ khí tác động. Thường ở các bộ phận cơ khí như thế giữa bộ phận truyền động tác động một phần và thanh kéo 3 lắp bộ phận cơ khí tháo tự do 2 (mở sự cố và mở điều khiển gián tiếp bằng cuộn dây KO). Phần làm việc của bộ phận truyền động bị phân cách với bộ phận truyền động của máy ngắt, sau đó từng bộ phận tác động độc lập. Nhờ đó gia tốc về sự tác động của máy ngắt được đảm bảo. Trong các bộ phận cơ khí của sơ đồ b, ta sẽ nghiên cứu bộ phận truyền động tác động hai chiều, ở đây bộ phận truyền động cơ khí 4 và hệ thống tiếp điểm động 6, trong lúc đóng cũng như trong lúc mở tác động là nhờ bộ phận truyền động. Khác với trường hợp trước trong bộ phận cơ khí này không có lò xo mở và bộ phận cơ khí tháo tự do. Trong các bộ phận cơ khí của sơ đồ c và d (hình 9-1), hệ thống tiếp điểm động liên hệ trực tiếp với bộ phận truyền động và chỉ có một khâu nối với chúng, nghĩa là số 1 được qui về 2. Ở sơ đồ c, nhờ bộ phận truyền động tác động một chiều các tiếp điểm rời khỏi nhau và đồng thời nén lò xo đóng 8, lò xo này bị nén thì các tiếp điểm được đóng lại sau khi ngừng cung cấp không khí nén. Trong sơ đồ d, đóng/mở các tiếp điểm được đảm bảo bằng phần truyền động tác động hai chiều 1, ở đó không có các lò xo đóng và mở. Các bộ phận cơ khí nhiều khâu kiểu a và b được sử dụng rộng rãi trong các máy ngắt dầu máy tự sinh khí và một số máy ngắt không khí. Các bộ phận cơ khí kiểu c và d sử dụng ưu việt trong các ngắt không khí. Các kết cấu của máy ngắt không khí đã nghiên cứu ở chương 4. Tác động nhanh và hành trình của các điểm động ngắn là đặc điểm ưu việt của các bộ phận cơ khí này. Đạt được tác động nhanh là nhờ áp dụng truyền động bằng hơi và trọng lượng toàn hệ thống động ít, hành trình của các tiếp điểm động bảo đảm được ngắn là do các khoảng ngắt dập hồ quang nằm trong không khí nén (hoặc môi trường nào đó) có độ bền điện tương đối cao. Phần lớn trường hợp các bộ phận truyền động cơ khí ở sơ đồ a và b được hình thành trong dạng cơ khí nhiều khâu đòn bẩy khớp nối phẳng. Ở các bộ phận cơ khí này ta nhận được quỹ tích chuyển dịch của hệ thống tiếp điểm động và sự truyền ứng lực từ bộ phận truyền động cho các tiếp điểm. 192
  13. 6 6 1 2 0 3 2 5 01 3 0 5 2 3 5 0 4 BK 6 c b) ) a ) 2 1 BK 3 BK 0 1 0 1 2 01 20 5 01 3 01 3 6 e f 6 d) ) ) Hình 9-2. Các sơ đồ động học của bộ phận truyền động cơ khí. Các sơ đồ động học đặc trưng nhất về các bộ phận cơ khí được miêu tả ở hình 9-2. Trong chúng đại đa số có: (hình 9-2, d, đ và e) bộ phận thẳng, bộ phận định hướng (hình 9- 2, b và c) hay đòn bẩy 4 (hình 9-2, a), bảo đảm cho tiếp điểm động 6 chuyển động thẳng trên một hành trình dài( điều này rất cần thiết cho nhiều máy ngắt). Trong tất cả các bộ phận cơ khí có trục chính 0 và đòn bẩy 1 liên hợp với thanh kéo của bộ phận truyền động, cùng với đòn bẩy 2 nối vào thanh treo 3 và đòn dẫn chủ yếu (hoặc con trượt) hợp thành bốn khâu. Các kích thước từng khâu, khoảng cách hai trục OO1 và đòn bẩy chính được chọn sao cho khi máy ngắt ở vị trí đóng, góc cố định của đòn bẩy 2 trước vị trí chết không quá lớn (khoảng 5 ÷ 100). Đặc tính động học của bộ phận cơ khí này h=f(α), ở đây α là góc quay của trục chính có dạng hình 9-3. Từ đặc tính này rút ra kết luận rằng, đối với các vị trí của dh bộ phận cơ khí gần vị trí đóng, đạo hàm rất nhỏ. dα 193
  14. Điều đó có khả năng truyền ứng lực lớn đến hệ thống tiếp điểm động trong thời gian h1 các tiếp điểm tiếp xúc ở giá trị mô dh men quay trên trục chính tương đối dα bé, điều này được thấy rõ trong phương trình công: p dh M0 = h (9-1) η c dα dh Trong đó: dα M0 : mômen trên trục chính. h ph : lực được truyền đến hệ thống tiếp điểm. h : hành trình của tiếp điểm. α α : góc quay của trục. ηc : hiệu suất của bộ phận cơ 0 khí. Vị trí ngắt Vị trí đóng Trong khi chọn hệ thống động học của truyền động cơ khí Hình 9-3. Đặc tính động học của truyền động cơ khí. trước hết phải xuất phát từ quĩ tích và trị số hành trình có thể của bộ phận truyền động, khi đó cần chú ý đến thời gian chuyển động cho trước. Khi điện áp định mức lớn và số lượng khoảng ngắt dập hồ quang khí trên một pha ít (ví dụ trong máy nén ngắt dầu) thì hành trình của các tiếp điểm rất dài. Trong trường hợp này khi thời gian chuyển động cho trước ngắn, gia tốc của hệ thống động và trị số của lực quán tính rất lớn. Để khắc phục những điều này người ta sử dụng lò xo mở rất dầu lớn, bộ phận truyền động tốt hơn và tăng cường độ bền cơ khí của các khâu cơ khí. Cho nên khi chọn sơ đồ kết cấu của máy ngắt dầu ở điện áp cao, để tăng cường tác động nhanh trên mỗi pha tạo thành nhiều khoảng ngắt cùng một lúc. Điều này thường đạt được bằng cách cho các tiếp điểm động cùng lúc trên cùng Hình 9-4. Truyền động cơ khí thủy lực. một xà ngang cách điện hay thanh kéo. 194
  15. Ở một số kết cấu của máy ngắt dầu hiện đại, trong các bộ phận cơ khí kiểu a và b, bộ phận truyền động cơ khí nhiều khâu khớp được thay thế bằng hệ thống truyền động thủy lực như ở hình 9-4. 9.2. CÁC THAM Số CHO TRƯớC Để TÍNH TRUYềN ĐộNG CƠ KHÍ Mở BằNG LÒ XO Trong trường hợp chung tính toán truyền động cơ khí mở bằng lò xo gồm các phần: 1) Tính sơ bộ độ bền cơ khí các khâu chính của bộ phận cơ khí. 2) Tính động lực của bộ phận cơ khí và xác định các đặc tính của lò xo mở và của các thiết bị chống rung. 3) Tính kiểm tra độ bền cơ khí các chi tiết của bộ phận cơ khí. 4) Xác định các kích thước kết cấu của các lò xo mở. 5) Xác định các tham số chủ yếu của các thiết bị chống rung. 6) Tính mômen tĩnh trên trục chính của máy ngắt khi đóng. 7) Xác định mômen trên trục của máy ngắt khi cho trước tốc độ đóng và trị số dòng điện ngắt giới hạn. Các tham số chủ yếu cho trước là: 1) Các tính chất cơ khí của vật liệu dùng để gia công các chi tiết của bộ phận cơ khí. 2) Sơ đồ động học đã chọn của bộ phận truyền động cơ khí. 3) Đặc tuyến động học h=f(α). 4) Đặc tuyến tốc độ của hệ thống tiếp điểm động khi chuyển động trong giới hạn và ngoài giới hạn của thiết bị dập hồ quang. 5) Thời gian chuyển động của hệ thống tiếp điểm động. 6) Đặc tuyến cơ khí của hệ thống tiếp điểm (trị số lực đàn hồi của các lò xo tiếp điểm, lực ma sát tại chỗ tiếp xúc). 7) Áp suất của môi trường tạo ra khí trong buồng chứa. 8) Các tham số của các bộ phận cơ khí thổi dầu cưỡng bức lắp trong buồng dập hồ quang (nếu có). 9) Trị số và đặc điểm thay đổi của các lực điện động tác động vào từng chi tiết của mạch dẫn điện, mà các chi tiết này liên quan trực tiếp với bộ phận cơ khí. Trong trường hợp này, khi các kích thước của bộ phận cơ khí và vật liệu gia công được lấy tương tự với các kết cấu tương ứng, thì sự cần thiết về độ bền cơ khí của các khâu trong tính toán sơ bộ (mục a) không thành vấn đề. Dưới đây giới thiệu cách chọn các tham số cho trước trong khi thiết kế các bộ phận truyền động cơ khí: 1) Từng khâu của bộ phận cơ khí tại thời điểm máy ngắt làm việc quan trọng nhất (đóng ngắn mạch, ngắt ngắn mạch, làm việc trong chu trình TĐL tức thời,...) phải chịu phụ tải cơ va đập rất lớn và theo điều kiện làm việc ổn định cần phải có độ bền cơ khí cao. Hơn nữa, theo điều kiện tác động nhanh trọng lượng từng chi tiết động của bộ phận cơ khí phải nhỏ nhất. 195
  16. Các chi tiết của bộ phận cơ khí có hình dáng kết cấu phù hợp nhất và chịu va đập cao sẽ thỏa mãn các yêu cầu này. Các vật liệu này trước hết là thép các bua cán nóng thường và loại tăng cường chất lượng (như trong ΓOCT 380-57). Với các chi tiết chịu tải ít hơn dùng thép nhãn hiệu CT.3, M18KΠ, ÂCT-4 với các chi tiết quan trọng hơn (trục, đòn bẩy chính, trụ, thanh kéo,...) dùng thép nhãn hiệu CT-5, M-26, M-31và ÂCT-5). Trong một số trường hợp, đặc biệt trong khi thiết kế các bộ phận cơ khí của các máy ngắt tác động nhanh kết cấu mới (ví dụ máy ngắt không khí) phải sử dụng thép các - bua dùng trong ngành chế tạo máy móc (như trong ΓOCT-1050-57). Để gia công các lò xo mở và chống rung sử dụng dây lò xo các bua hay các thanh thép nhãn hiệu 65, 70, 75 và 85 (như trong ΓOCT 5047-49, 1070-41, 1071-41 và 1546-53). Có thể sử dụng các hợp kim nhôm, đặc tính của chúng ở bảng 9-1. Theo điều kiện độ dài va đập thấp sử dụng gang một cách giới hạn để gia công các đòn dẫn, các bánh răng thuộc bộ phận cơ khí của máy ngắt công suất bé,... Gỗ gia công các chi tiết cách điện chịu phụ tải cơ của bộ phận cơ khí (các đòn bẩy, cách điện, thanh kéo, cần quay,...). Trước đây sử dụng các vật liệu tấm ép lại được gia công trên cơ sở của nhựa phê-nôn-foóc-mal-đê-hýt -ghê-nhi-nắc (như trong ΓOCT 2718-54), têx-tô-líc (như trong ΓOCT 2910-51) và các tấm bằng gỗ, ví dụ DCΠ-∋ (BT 500-54) có độ bền cơ khí cao. Hiện nay người ta chế tạo được nhiều hợp chất polime dẻo có chất lượng cao về cách điện và độ bền cơ khí cao. Trong tương lai, nhờ đặc tính độ bền cơ cao và trọng lượng riêng nhỏ, các vật liệu này sẽ được áp dụng để gia công các chi tiết bộ phận cơ khí của máy ngắt. Khi xác định tiết diện bề mặt làm việc của ổ đỡ và của ống lót khớp nối có thể sử dụng bảng 9-2. Khi phụ tải lặp lại trong thời gian ngắn thì các giá trị áp suất bảng 9-2 có thể tăng lên đôi chút. Bảng 9-1: Các tính chất cơ của các hợp kim nhẹ Hợp kim Trọng lượng Giới hạn chảy, Giới hạn Kéo dài tương Độ chịu va đập riêng, g/cm3 kg/mm2 kg.m/cm3 lực cắt đối % kg/mm2 Đuyara nhôm 2,80 38,00 42 12 1,8-2 Hợp kim nhôm +3% đồng 2,86 --- 20-21 24-25 6-7 Silimin(6÷13% Si 2,65 --- 22-24 1,4 1,77 còn lại Al) 196
  17. Bảng 9-2: Dung sai của áp suất riêng lên trục, kg/cm2 Phương pháp gia công bề mặt bôi trơn Vật liệu Khoan nhẫn Doa có khe hở không quá 0,13mm không bôi trơn không bôi trơn Bôi trơn không liên tục Thép -thép 50 100 140 Thép - đồng thau 80 140 200 Thép - đồng đen 100 200 300 Thép - gang 30 60 80 Đồng thau - đồng thau 25 50 70 2) Trong sơ đồ động học của truyền động cơ khí phải chỉ rõ vị trí tương hỗ của tất cả các chi tiết ảnh hưởng đến đặc tính chuyển động như: các lò xo mở và chống rung, các lò xo của hệ thống tiếp điểm, các thiết bị chống rung và các thiết bị để thổi dầu cưỡng bức của buồng dầu hồ quang. Trên quĩ tích của điểm qui đổi (thường là điểm gắn chặt với hệ thống tiếp điểm động về chi tiết dẫn của bộ phận cơ khí) phải đánh dấu điểm hành trình tương ứng với tiếp tuyến của các tiếp điểm hồ quang, với lối ra của tiếp điểm động ở vùng thổi mãnh liệt trong buồng dập hồ quang,... Cần phải xây dựng sơ đồ động học cho một số vị trí của bộ phận cơ khí, trong đó có hai vị trí ngoài cùng đóng và ngắt. 3) Xác định đặc tuyến động học h=f(α) bằng phương pháp đồ thị, trên cơ sở dựng sơ đồ động học của bộ phận cơ khí ở các giá trị góc quay α của trục chính khác nhau (thường sử dụng các thông số của mục 2), khi sơ đồ của bộ phận cơ khí phức tạp (ví dụ kiểu thẳng) vì các phương trình giải tích (thậm chí gần đúng) rất dài và không đơn giản. 4) Đặc tuyến về tốc độ chuyển động của hệ thống tiếp điểm động v=f(t) khi cho trước thời gian chuyển động và trị số của hành trình h0 trong trường hợp chúng được xây dựng theo phương trình 1: t1 t2 t3 h 0 = ∫ v 1 (t )dt + ∫ v 2 (t )dt + ∫ v 3 (t )dt = h1 + h 2 + h 3 (9-2) 0 t1 t2 Trong đó: v1(t) : tốc độ biến đổi khi tiếp điểm chuyển động trong quá trình dập hồ quang. v2(t) : tốc độ chuyển động tự do trước lúc bộ phận chống rung tác động. v3(t) : tốc độ chuyển động bị chậm lại do bộ phận chống rung. h1, h2, h3 : trị số từng quãng của hành trình. 197
  18. Xác định tốc độ v1(t)=f(t) từ ν[ m / s] các điều kiện dập hồ quang trong h[m] khi tính buồng dập hồ quang (xem chương 4, 7). Trong nhiều trường 12,0 0,6 hợp thực tế chuyển động xem như h 10,0 0,5 đều, nghĩa là: v1(t)=a1.t 0,4 8,0 Có: a1 là gia tốc không đổi. Khi chọn tốc độ chuyển 6,0 0,3 ν động v2(t) trên đoạn h2 xuất phát từ 4,0 0,2 điều kiện giới hạn của phụ tải động νm trong các khoảng dưới xác định 2,0 0,1 bằng thực nghiệm và bằng tính 0 toán. t[s] 0 06 0 10 0 14 0 02 Đối với phần võng của đặc 0 08 0 12 Vị trí ngắt Vị trí đóng 0 04 tuyến người ta chọn giá trị tốc độ v3(t) cũng xuất phát từ trị số của Hình 9-5. Đặc tuyến về tốc độ chuyển động của tiếp điểm động khi ngắt máy ngắt, v=f(t) phụ tải động cho phép tối đa cho từng khâu của bộ phận cơ khí, phụ tải động sinh ra trong khi hãm bằng bộ phận chống rung. Đối với phần này của hành trình, chuyển động chậm dần đều là có lợi hơn điều đó đạt được bằng cách chọn các thông số của bộ phận chống rung cho phù hợp. Thường ban đầu phần này xây dựng sơ bộ định hướng, sau chính xác hóa dần trong bước tính bộ phận chống rung và trong tính kiểm tra độ bền cơ khí của các chi tiết (mục 3). Trên cơ sở các biện luận trên ta dựng một cách sơ bộ định hướng đường cong về tốc độ có dạng tương tự như hình 9-5. Lấy tích phân quan hệ v=f(t) cho ta sự phụ thuộc của hành trình vào thời gian h=f1(t), sau đó có thể xác định việc chọn đúng hay sai tốc độ của từng giai đoạn chuyển động. Trong nhiều trường hợp đòi hỏi phải tính sự phụ thuộc của tốc độ chuyển động hệ thống tiếp điểm vào hành trình v=f(h). Sự phụ thuộc này nhận thấy rất dễ dàng từ các đặc tuyến đã dựng v=f(t) và h=f1(t) trong hình 9-5. Khi dạng đường cong đã đơn giản hóa ta có thể dựng đặc tuyến này trên cơ sở của các phương trình cho từng khoảng thời gian: ⎫ a1t 2 - Âäúi 0 < t < t 1 : h = våïi ⎪ 2 ⎪ ⎪ 2 a1t 1 - Âäúi t 1 < t < t 2 : h = + v m (t - t 1 ) våïi (9-3) ⎬ 2 ⎪ ⎪ 2 a1t 1 a2 - Âäúi t 2 < t < t 1 : h = − 2v m t 1 − (t − t 1 − t 2 ) ⎪ 2 våïi 2 2 ⎭ 198
  19. Đường cong v=f(h) xây dựng bằng phương pháp như thế ở ν[ m / s] hình 9-6. Trong khi xây dựng đặc tuyến ban đầu về tốc độ mở (và 6,0 đóng) ta sử dụng các thông số 5,0 trong bảng 9-3 của các đặc tuyến cơ một số kết cấu máy ngắt cao áp. 4,0 5) Các đặc tuyến cơ của hệ 3,0 thống tiếp điểm (lực đàn hồi của các lò xo tiếp điểm hay lực ma sát 2,0 trong các tiếp điểm) được xác định trong bước tính sự phát nóng và độ 1,0 bền của hệ thống tiếp điểm khi 0 h[m] dòng điện ngắn mạch tác động. 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 60 7 6) Áp lực của khí tác động Hình 9-6. Đặc tuyến tốc độ v=f(h). vào hệ thống tiếp điểm động được xác định trên cơ sở của các thông số nhận trong lúc tính buồng dập hồ quang. 7) Lực cản thủy động lực được xác định trên cơ sở của các thông số tính toán thủy động lực của các bộ phận cơ khí thổi dầu cưỡng bức. 8) Khi xác định lực điện động tác động vào từng chi tiết của bộ phận cơ khí, ta sử dụng các thông số tính toán chung về lực điện động trong hệ thống dẫn điện của máy ngắt, điều này chúng ta đã nghiên cứu ở trên (xem chương 3). Bảng 9-3a: Các đặc tính cơ của máy ngắt điện cao áp MKÐ-160 MKÐ-274 MÊÊ-223 MÊÊ-229 MÊÊ-529 Kiểu máy ngắt Kiểu truyền động ÐC-30 MÐM-108 ÐC-30 ÐC-30 ÐC-30 Điện áp định mức, kV 110 220 10 10 20 Dòng điện định mức, A 600 600 1000 2000 4000 2000 4000 Hành trình trong các tiếp xúc 16/35 16/35 90 90 100 dập hồ quang, mm Hành trình toàn bộ của thanh 860 1097 405 415 485 ngang, mm Tốc độ tại thời điểm dập hồ 1,8/2,50 1/1,20 1,60 1,50 1,65 quang, m/s Tốc độ tại thời điểm thanh 3,50 2,50 1,70 1,95 2,12 199
  20. ngang ra khỏi bình chứa, m/s Tốc độ lớn nhất của thanh 3,60 3,50 1,80 2,00 2,40 ngang, m/s Thời gian bắt đầu chuyển 0,03 0,03 0,10 0,10 0,07 động cho đến khi các tiếp điểm tách nhau,s Thời gian chuyển động trong 0,09 0,12 0,15 0,13 0,14 buồng dập hồ quang, s Thời gian toàn bộ của chuyển 0,31 0,30 0,25 0,25 0,29 động, s Tốc độ tại thời điểm các tiếp 2,00 1,70 1,60 2,20 2,00 điểm dập hồ quang tiếp xúc nhau, m/s Tốc độ lớn nhất của tiếp điểm 2,20 2,20 1,60 2,20 2,00 , m/s Thời gian hành trình trong 0,05 0,05 0,05 0,05 0,06 các tiếp điểm dập hồ quang, s Thời gian toàn bộ của chuyển 0,62 1,35 0,60 0,58 0,68 động thanh ngang, s Mô men tĩnh lớn nhất trên - 295 - 330 340 trục, kg.m Bảng 9-3b: Các đặc tính cơ của máy ngắt điện cao áp MÊ-35 BB-110 BB- CP-1001 110/600 10/1000 Kiểu máy ngắt Kiểu truyền động ÐC-20 - - - Điện áp định mức, kV 38 110 110 10 Dòng điện định mức, A 600 600 600 1000 Hành trình trong các tiếp xúc dập hồ - 0 0 55 quang, mm Hành trình toàn bộ của thanh ngang, - 15 95 285 mm Tốc độ tại thời điểm dập hồ quang, - 0 0 - m/s Tốc độ tại thời điểm thanh ngang ra - - - - khỏi bình chứa, m/s Tốc độ lớn nhất của thanh ngang, m/s - - 60-70 40 Thời gian bắt đầu chuyển động cho - 0,007 - - đến khi các tiếp điểm tách nhau,s Thời gian chuyển động trong buồng - - - - dập hồ quang, s 200

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản