Моностабільні поляризовані електромагніти з покращеними силовими характеристиками для актуаторів комутаційних апаратів середніх напруг

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора фі-лософії) за спеціальністю 05.09.01 "Електричні машини й апарати" (14 – Електрична інженерія) – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", м. Харків, 2021 р. Дисертація присвячена розробці та подальшому вдосконаленню моностабільного поляризованого електромагніта з висококоерцитивними постійними магнітами з ви-тісненням магнітного потоку в область повітряного шунта для актуатора вакуумних комутаційних апаратів на середні напруги з покращеними силовими характеристиками. Проведено аналіз конструктивних особливостей вакуумних відмикачів на середні напруги та їх актуаторів. Розробити нову конструкцію моностабільного електромагніта з висококоерцитивними постійними магнітами для актуатора вакуумного відмикача на середню напругу з покращеними силовими характеристиками. Розроблено рекомендації щодо вибору розмірів частин магнітопроводу, а також розмірів постійних магнітів для створення сили утримання якоря електромагніта при знеструмленій обмотці не менше заданої, а також визначити обмотувальні дані електромагніта, вихо-дячи з відомої сили протидії. Визначено доцільність використання в розробленій конструкції поляризованого моностабільного електромагніта феромагнітного шунта в робочому зазорі і розробити рекомендації щодо вибору лінійних розмірів феромагні-тного шунта. Досліджено та удосконалено математичну модель динамічних процесів вмикання та вимкнення моностабільних поляризованих електромагнітів з висококоерцитивними постійними магнітами з витисканням магнітного поля в область повітряного шунта. Проведено експериментальні дослідження процесів в розробленій конструкції поляризованого моностабільного електромагніта з висококоерцитивними постійними магнітами для актуатора вакуумного відмикача. Експериментально підтверджено достовірність отриманих за допомогою розрахунків результатів досліджень. Визначено вплив параметрів ємнісного накопичувача енергії на можливість виконання відмикачем режиму автоматичного повторного вмикання.Dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences (Ph.D.) in specialty 05.09.01 – Electric Machines and Apparatus. – National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», Kharkiv, 2021. The dissertation is devoted to the development and further improvement of the mono-stable polarized electromagnet with high–coercive permanent magnets with displacement of the magnetic flux into the air shunt region for the actuator of medium voltages vacuum switching devices with improved power characteristics. The analysis of design features of medium voltages vacuum circuit breakers and their actuators is performed. The new design of the monostable electromagnet with high–coercive permanent magnets for a medium–voltage vacuum switch actuator with improved power characteristic is developed. Recommendations for choosing a parts size of the magnetic cir-cuit and the size of permanent magnets to create the holding force of the electromagnet anchor when the winding is de–energized is not less than the specified one is developed. Also, the winding data of the electromagnet based on the known counteraction force is de-termine. A feasibility of using the ferromagnetic shunt in the working gap of the developed design of a polarized monostable electromagnet is defined and recommendations for choos-ing the linear dimensions of the ferromagnetic shunt is developed. The mathematical model of dynamic processes of switching on and off monostable polarized electromagnets with high–coercive permanent magnets with displacement of the magnetic field into the air shunt region is researched and improved. An experimental research of processes in the developed design of a polarized monostable electromagnet with high–coercive permanent magnets for a vacuum switch actuator is made. the reliability of the calculated research results is con-firmed experimentally. The influence of the parameters of the capacitive energy storage de-vice on the ability of implementation the automatic re–activation mode by the switch is determined.