高壓電器課程設(shè)計(jì)指[1]..

1、高壓電器課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)蔡志遠(yuǎn)老師 厲偉老師沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)電氣教研室一、 目的和意義通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，使同學(xué)們?cè)诩由盍私飧邏簲嗦菲鞯墓ぷ髟?，基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，掌握高壓斷路器機(jī)械特性的計(jì)算方法。二、 基本原理在力學(xué)中我們知道，對(duì)于圖1所示的質(zhì)量為m，運(yùn)動(dòng)速度為v1的物體在外力F-Fz的作用下，經(jīng)過(guò)行程h以后，速度為v2，則該物體動(dòng)能的增量等于外力所作的功，即：圖1 (1)計(jì)算斷路器的運(yùn)動(dòng)速度時(shí)，運(yùn)動(dòng)部分總是由零開(kāi)始的，因此在時(shí)，任一行程處的運(yùn)動(dòng)速度可由下式計(jì)算 (2)式中 -行程0-h內(nèi)操作力所做的功 -行程0-h內(nèi)阻力消耗的功利用(2)式，只要知道操作力F和阻力Fz的大小或者知道操作力所做的功W

2、，與阻力消耗的功Wz,以及運(yùn)動(dòng)物體質(zhì)量m，即能計(jì)算出任一行程h處的運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)速度v。這就是計(jì)算斷路器分合閘速度的基本原理。三、 高壓斷路器傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式下面以SN10-10型少油斷路器的傳動(dòng)系統(tǒng)為例進(jìn)行分析。圖2為SN10-10、及SN10-10/1250-40型的機(jī)械原理圖。該系統(tǒng)有兩個(gè)特點(diǎn)：一是受力情況比較復(fù)雜(包括有分閘彈簧力，合閘緩沖彈簧力，動(dòng)、靜觸頭之間的摩擦力等)，并且力的作用點(diǎn)、作用方向均不同；二是各桿件的運(yùn)動(dòng)方式不同，甚至同一桿件的不同點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方式與速度都不相同。這樣就不能直接用力學(xué)原理建立該系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程，必須首先將各元件的質(zhì)量按照整個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)能不變的原則歸化到動(dòng)

3、觸桿上，再根據(jù)功能建立動(dòng)觸桿單質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程，然后求解該方程得到動(dòng)觸桿的運(yùn)動(dòng)速度。圖2 SN10-10型少油斷路器的一種傳動(dòng)系統(tǒng)該系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程為： (3)式中：M -計(jì)算點(diǎn)的歸化質(zhì)量，它為動(dòng)觸桿行程h的函數(shù)； v-動(dòng)觸桿行程為h時(shí)的速度； Fi-各操作力，為hi的函數(shù)； Fj-各種阻力，為hj的函數(shù) fk-各緩沖器的阻力系統(tǒng)； Ml-各軸銷(xiāo)處的摩擦力矩，為的函數(shù) hi、hj、hk -動(dòng)觸桿行程為h時(shí)，各操作力，阻力及摩擦力的實(shí)際作用距離，皆為h的函數(shù)； -動(dòng)觸桿行程為h時(shí)，各軸銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，為h的函數(shù)； i、j、k和l分別可以為1，2，3它表示不同的操作力、阻力、緩沖力和摩擦力矩。由于軸銷(xiāo)處

4、的摩擦力矩為動(dòng)觸桿行程h的復(fù)雜函數(shù)，因此工程上通常不計(jì)算各軸銷(xiāo)處的摩擦損耗，而是用連桿機(jī)構(gòu)的效率來(lái)表示該損耗對(duì)整個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的影響，這樣式(2)可改寫(xiě)為 (4)式中：-運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率四、 運(yùn)動(dòng)方程的求解從理論上，求解式(4)一般說(shuō)是不可能的，但在工程上，如借助計(jì)算用數(shù)值解法來(lái)求并不困難。假設(shè)動(dòng)觸桿從靜止?fàn)顟B(tài)移動(dòng)時(shí)速度為v1，如足夠小，則由式(4)可得式中、-動(dòng)觸桿移動(dòng)時(shí)各操作力、阻力和緩沖力的作用距離。若M、Fi、Fj和Fk已知，則根據(jù)上式可求出v1。同理，動(dòng)觸桿再移動(dòng) 時(shí)的速度v2可由下式求出式中、-動(dòng)觸桿在移動(dòng)第二個(gè) 期間各操作力、阻力和緩沖力的作用距離。重復(fù)上述過(guò)程即可求出動(dòng)觸桿的速度

5、行程曲線。從上面的分析可見(jiàn)：求解式(4)的關(guān)鍵在于建立歸化質(zhì)量 M 和、以及的關(guān)系。建立坐標(biāo)系，是用計(jì)算機(jī)求解M 、與h之間關(guān)系的一種有效辦法。在圖2中，如果以為原點(diǎn)建立一直角坐標(biāo)系，以為原點(diǎn)建立輔助坐標(biāo)系，則很容易求出動(dòng)觸桿移動(dòng)時(shí)分閘彈簧力的作用距離，緩沖彈簧的作用距離，但M與h之間的關(guān)系尚需進(jìn)一步推導(dǎo)。設(shè)傳動(dòng)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)質(zhì)量分別為、當(dāng)動(dòng)觸桿的運(yùn)動(dòng)速度v時(shí)，A、B、C各節(jié)點(diǎn)的速度分別為、，則歸化到動(dòng)觸桿上的歸化質(zhì)量為： (5)式中，、稱(chēng)為速度比。在圖2所示的情況下當(dāng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)位置一定時(shí)，速度比的值是確定的，它們是行程的函數(shù)。因此只要求出速度比與行程的關(guān)系，就可以求出M與h的關(guān)系，前一關(guān)系的求法如

6、下。建立圖3所示的直角坐標(biāo)系。設(shè)A、B兩點(diǎn)坐標(biāo)分別為、，則由圖可得 (6) (7) (8)由式(6)可得 (9)由式(7)可得 (10)圖3 計(jì)算采用的坐標(biāo)系由式(9)、式(10)分別可得A點(diǎn)與B點(diǎn)軌跡切線的斜率和 (11) (12)當(dāng)時(shí)，式(11)?。环駝t取，同理，當(dāng)0 時(shí)，式(12)取號(hào)；否則取號(hào)。將式(5)、式(6)聯(lián)立可得 (13) (14)式中 設(shè)為主動(dòng)臂，則、及如圖3所示，圖中、及由此可見(jiàn) (15) (16)令則 (17) (18)對(duì)于速度三角形AHK，因?yàn)榇藭r(shí)為負(fù)值，所以有 (19) (20)圖4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的計(jì)算圖由正弦定理得 (21)如果0、0，從圖4 同樣可得 (22) (2

7、3) (24)同理，可以證明，無(wú)論、為何值，式(21)皆可表示四連桿機(jī)構(gòu)兩活動(dòng)軸銷(xiāo)的速度比。由上可見(jiàn)，只要與h的關(guān)系給定，即可由式(6)(21)求出與h的關(guān)系。對(duì)于由多個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)組成的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，可先建立輔助坐標(biāo)系，再利用上述方法求出每組四連桿機(jī)構(gòu)兩活動(dòng)軸銷(xiāo)的速度比。最后把結(jié)果代入式(4)即可求出動(dòng)觸桿的運(yùn)動(dòng)速度。五、 計(jì)算斷路器分閘速度的步驟利用上述方法求解斷路器分閘速度的步驟如下：(1)畫(huà)出斷路器運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)圖，建立坐標(biāo)系；(2)計(jì)算節(jié)點(diǎn)質(zhì)量；(3)給定，計(jì)算相應(yīng)的、；(4)計(jì)算 , , ；(5)求速度比；(6)計(jì)算歸化質(zhì)量；(7)利用式(4)求分閘速度。 重復(fù)(3)(7)步即可計(jì)算出分閘

8、速度-行程曲線。六、 軟件設(shè)計(jì)方法編制求解斷路器分合閘速度曲線程序的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)出求解速度比的程序，對(duì)于圖2所示的SN10-10斷路器傳動(dòng)系統(tǒng)，求解速度比的流程見(jiàn)圖5，其中H為動(dòng)觸桿的全行程，歸化取在動(dòng)觸桿上。序號(hào)名稱(chēng)數(shù)量重量（kg）長(zhǎng)度（mm）1動(dòng)觸桿38.0672提升桿32.4696803內(nèi)捌臂34.8002904外捌臂34.170705第一拉桿13.1345206扇形板10.540998*106*907鉤板11.400608工作缸活塞桿14.0609第二拉桿14.78810第三拉桿13.280七、 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)題目1圖6為63KV高壓少油斷路器的機(jī)構(gòu)原理圖，圖示機(jī)構(gòu)處于合閘狀態(tài)。圖中：各桿

9、件的尺寸、重量如下表。該開(kāi)關(guān)動(dòng)觸桿行程為400mm，其中超行程為70mm。該機(jī)構(gòu)受力情況如下：工作缸推力100mm;.100h 400mm;.工作缸緩沖器沖力h260mm;h260mm;：油緩沖器的緩沖力油緩沖器作用在處，設(shè)v(m/s)為處的運(yùn)動(dòng)速度，則：h48mm250mmF1(kgf)28080F2(kgf)140失去作用緩沖彈簧彈性系數(shù)7kg/mm阻力大小如下：阻力動(dòng)靜觸頭間摩擦力F3F4大小30kgf20v2kgf F3在h=168mm時(shí)起作用返回彈性系數(shù)為0.126kg/mm(歸化到作用點(diǎn))設(shè)計(jì)過(guò)程中，取=0.9，可認(rèn)為C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為直線，且C點(diǎn)位移之比等于與長(zhǎng)度之比。設(shè)計(jì)任務(wù)：1)同設(shè)計(jì)題目1 2)畫(huà)出行程-速度振蕩曲線。設(shè)計(jì)題目5已知條件同題目4設(shè)計(jì)任務(wù)1)同設(shè)計(jì)題目4 2)假設(shè)操作力未知，合閘過(guò)程中速度特性如下表，作出行程-出力特性曲線。行程(mm)0102030405060速度(m/s)00.30.610.911.191.461.72行程(mm)7080901001101