Розрахунки статичних та динамічних процесів у синхронізуючому валу вакуумного вимикача середніх напруг в процесі вмикання

Abstract

Важливим напрямком теоретичних досліджень сучасних електричних апаратів, вимикачів та контакторів середніх напруг, є дослідження механічних процесів, які виникають в процесі їх роботи. В першу чергу це пов’язано з достатньо великими зусиллями та прискореннями, що діють на елементи конструкції та синхронізуючий вал таких апаратів в процесі вмикання. У статті на підставі розроблених математичних моделей виконано розрахунки механічних процесів у синхронізуючому валу вакуумного вимикача в статичному та динамічному режимі для абсолютно жорсткого та реального валу та проведено їхній порівняльний аналіз. Результати комп’ютерного моделювання отримані у табличній та графічній формах в яких наведені дані о статичних та динамічних деформаціях валу, а також механічних зусиллях в його опорах. Показано, що механічна деформація валу викликає зменшення провалу контактів і сил контактного натискання, але при правильно обраному поперечному перетину синхронізуючого валу ці значення незначним чином впливають на роботу самого вимикача (зменшення складає близько 20% і 7% відповідно). Також показано, що в результаті вигину валу в опорах з'являються додаткові осьові зусилля у порівнянні зі спрощеним розрахунком, які істотно впливають на вибір підшипників по еквівалентному статичному навантаженню. Розраховані динамічні зусилля з урахуванням мас контактів та контактних тяг перевищують аналогічні статичні зусилля в 1,3 рази, що також потрібно враховувати при виборі підшипників в яких утримується синхронізуючий вал.

An important direction of theoretical research of modern electrical devices, medium voltage switches and contactors is the study of mechanical pro cesses that occur during their operation. First of all, this is due to sufficiently large forces and accelerations acting on the structural elements and the synchronizing shaft of such devices in the process of switching on. In the article, on the basis of developed mathematical models, calculations of mechanical processes in the synchronizing shaft of a vacuum switch in static and dynamic mode for an absolutely rigid and real shaft are performed and their comparative analysis is carried out. The results of computer modeling are obtained in tabular and graphical forms, which include data on static and dynamic deformations of the shaft, as well as mechanical forces in its supports. It is shown that the mechanical deformation of the shaft causes a decrease in contact drop and contact pressure forces, but with a correctly selected cross-section of the synchronizing shaft, these values slightly affect the operation of the switch itself (the decrease is about 20% and 7%, respectively). It is also shown that as a result of the bending of the shaft, additional axial forces appear in the supports compared to the simplified calculation, which significantly affect the choice of bearings according to the equivalent static load. The calculated dynamic forces, taking into account the masses of contacts and contact rods, exceed similar static forces by 1.3 times, which must also be taken into account when choosing bearings in which the synchronizing shaft is held.