Математическая модель ДУ

Расчетная схема автокомпрессионного ДУ с изоляционным соплом 3 показана на рис. 2. Исходное давление и температура элегаза в камере сжатия К соответственно p = p ₀, T = T ₀. Движущийся поршень 1, эффективная площадь сечения которого S, имитирует движение подвижной системы ЭВ с приведенной массой m под действием активного усилия привода F _а. При отключении поршень 1 сжимает элегаз в камере К и давление p увеличивается. Сопло подвижного контакта 2 площадью сечения S _м открывается после перемещения поршня 1 на ход l ₁, при x < l ₁ неподвижный контакт 4 перекрывает сопла выключателя и по контакту 4 скользит подвижный контакт 2 (рис. 2). При дальнейшем движении поршня открывается изоляционное сопло 3 площадью сечения S_с. Дуга 5, которая возникает при размыкании контактов, 2 и 4, интенсивно охлаждается потоками элегаза.

Рис. 2

Импульсный процесс изменения давления в камере сжатия К (нарастание и спад p_i / p) по ходу поршня 1 и расход элегаза dm _г / dt (dm _г/ dt ~ p_i) через сопла дугогасительного устройства зависят от размеров камеры К и сопел, масс подвижных элементов выключателя, параметров привода, среды, энергии дуги и т.д.

Этот процесс предопределяет успешное гашение дуги при заданных номинальных параметрах сети на данном контрольном ходе контактов
l ₂= l - l ₃- l ₁, где l ₃ - путь торможения; l - длина камеры сжатия К (см.рис.2). После размыкания дугогасительных контактов (см.рис.3, РК- момент размыкания контактов), для увеличения интенсивности воздействия газового потока на дугу требуется обеспечить предельный (критический) расход элегаза в соплах ДУ, т. е. в камере К (см. рис. 2) в период дутья следует поддерживать p_i > p _кр (для элегаза p _кр=1,69 p). Дополнительное повышение давления p_i (см. рис. 3, кривая p_i ^*(t)) возникает при горении дуги в межконтактном промежутке ЭВ, когда часть ее энергии dQ _д= k _д U _д I _д dt расходуется на нагрев элегаза в камере К, где k _д< 1 - эмпирический коэффициент. С ростом dQ _д отключающая способность ЭВ увеличивается. Однако, когда мощность дуги P _д= U _д I _д значительна и диаметр дуги перекрывает горловины сопел, отключающая способность ЭВ уменьшается. В реальных конструкциях ЭВ давление p ^* _i превышает p_i (при успешной коммутации) не более чем в 2,5 раза (зарубежные данные).

Оптимизацию ЭВ следует рассматривать как поиск параметров ЭВ, обеспечивающих малое время отключения t _отк(y)®min при заданном токе отключения I _о.ном, скорости восстановления напряжения на контактах dU / dt, где y - совокупность переменных параметров, которые характеризуют конструкцию дугогасительной камеры, газовую среду, привод и т.д.

рис. 3

Решение задачи определения взаимосвязи механических, дуговых и сетевых процессов при выполнении ЭВ операции отключения в такой обобщенной постановке в настоящее время затруднено из-за отсутствия достоверной математической модели, характеризующей эти процессы, а также наличия многочисленных переменных и случайных параметров, функциональных ограничений. Поэтому необходимо ввести допущения, а также эмпирические зависимости, полученные в результате экспериментальных исследований моделей и опытных образцов ЭВ.

Для приближенного динамического анализа (t _отк ~ t ₁ +t ₂ при х = l ₁ +l ₂ (см. рис. 3)) при отключении целесообразно вместо мгновенных значений p_i ввести среднее давление p _ср в камере К в период дутья t ₂ при передвижении подвижной системы ЭВ на контрольном участке пути l ₂.

В приближенной математической модели, характеризующей термогазодинамические процессы в камере К, используется энергетический метод расчета, а элегаз считается идеальной рабочей средой.

Канал с сечением S _эв= S _с+ S _м имитирует переменные по ходу подвижной системы выключателя сопловые каналы дугогасительного устройства при V _в= V = S (l - x) в объеме камеры сжатия К (рис. 2). Однако если влияние энергии дуги на изменение термодинамических параметров газа в камере сжатия значительно, то в следует учитывать dQ _д= k _д U _д I _д dt,.

Автокомпрессионное ДУ с постоянным активным усилием на подвижную систему (привод П). Подобные характеристики имеют пружинные и пневматические приводные механизмы.

C учетом уравнений для массового расхода газа (П.4.6, П.4.7), системы уравнений (П.4.21), уравнения движения (П.4.22) можно записать следующее:

при t =0, x =0, , F_а = const.

Для массового расхода элегаза через канал с сечением S _эв

при 1/Y ³ 0,59,

при 1/Y < 0,59.

Для получения обобщенных динамических характеристик ЭВ при отключении следует выполнить нормирование уравнений (П.5.1, П.5.2). Для данного ЭВ будем использовать базисные переменные: , x _б= l, T _б= T ₀, p _б= p ₀, , и задачу рассматриваем относительно следующих обобщенных параметров:

, , , , λ₁= .

Последующий расчёт геометрических размеров дугогасительного устройства рассматривается относительно критериев:

Дата добавления: 2015-07-10