Doqquzma Amil Qalıcı Maqnit Mekanizmlərinin Şəkli və Modelləşdirilməsi IEE-Business üçün Qatı Qoruyuculu RMU-lar üçün
1.Daimi maqna mekanizminin dizaynı
Katı dielektrikli döngü anahtarlama ünitelerinde (RMU) minimalizasyon talebinin yüksek olması nedeniyle geleneksel üç fazlı birbirine bağlı daimi maqna mekanizmleri ekipmanların genel minimalizasyon gereksinimlerini karşılayamaz. Bu bağlamda tasarlanan daimi maqna mekanizmi üç faz bağımsız doğrudan etki yapısını benimsemiştir. Her fazın ark söndürme odası birimi RMU döküm vücutlarıyla bütün olarak dökülür ve doğrusal yapıda izole çubuk aracılığıyla daimi maqna mekanizmine bağlanır. Her fazın daimi maqna mekanizmasının sürüklenme şaftında açma karşı kuvvet yayı yerleştirilmiştir. Tek doğrudan etki yapan daimi maqna mekanizmasının genel yapısı Şekil 1'de gösterilmektedir ve katı dielektrikli RMU içindeki montaj şeması Şekil 2'de açıklanmıştır.
2.Daimi maqna mekanizması sürücü devresinin matematiksel modeli
Burada tasarlanan doğrudan etki yapan daimi maqna mekanizması tek stabil durumlu daimi maqna mekanizmasına dayanmaktadır. Daimi maqna mekanizmasını harekete geçirmek için şarj edilmiş bir kondansatörden elektriği boşaltmak şeklinde bir sürücü yöntemini kullanır. Devre diyagramı Şekil 3'te gösterilmiştir. Burada C, daimi maqna mekanizmasını sürüklemek için kullanılan kondansatörü, R, daimi maqna mekanizmasının bobininin eşdeğer direncini ve L, bobinin eşdeğer endüktifliğini temsil etmektedir.
Tek stabil daimi maqna mekanizmasının dinamik özellikleri, Denklem (1)'de gösterilen diferansiyel denklem sisteminin koşullarını sağlar:
burada i, bobinden geçen açma veya kapama akımıdır (A); uC, şarj edilmiş kondansatörün başlangıç voltajıdır (V); R, bobinin eşdeğer direncidir (Ω); C, şarj edilmiş kondansatörün kapasitesidir (F); ψ, elektromanyetik sistemin toplam manyetik akış bağlantısıdır (Wb); m, hareket eden parçaların hareket eden çekirdeğe referans alınarak eşdeğer kütlesidir (kg); x, hareket eden çekirdeğin yer değiştirilmesidir (m); v, hareket eden çekirdeğin hızıdır (m/s); Fx, hareket eden çekirdeğe etki eden elektromanyetik kuvvettir (N); Ff, hareket eden çekirdeğe karşıt kuvvettir (N). Bu denklem sisteminin çözümü, daimi maqna mekanizmasının dinamik özelliklerini verir.
3.Karşıt kuvvet eşdeğeri
Döngü anahtarlama ünitesinin devre kesicisindeki ana karşıt kuvvetler, ark söndürme odasının temas basıncı ve daimi maqna mekanizmasının açma yay kuvvetidir. Bu karşıt kuvvetler, daimi maqna mekanizmasının hareket eden çekirdeğine eşdeğer olarak referans alınır. Ark odası 9,5 mm'lik bir temas açma mesafesi ve 2,5 mm'lik aşırı seyahati vardır, toplam mekanizma havalanışı 12 mm'dir. Açma yay kuvveti ve temas yay kuvveti, daimi maqna mekanizmasının hareket havalanışına göre ölçülür ve belirli veriler temel alınarak karşıt kuvvet eğrisi çizilir. Ayrıntılı karşıt kuvvet eşdeğeri noktaları Tablo 1'de gösterilmiştir.
4 Benzetim modelinin oluşturulması
Doğrudan etki yapan daimi maqna mekanizmasının dinamik özellikleri, sonlu eleman yöntemi (FEM) kullanılarak çözülür. FEM'nin temel ilkesi, sürekli çözüm alanını sınırlı sayıda düğümlerle birleşik olan elemanlara ayrıştırmaktır. Bireysel eleman analizi sonrasında, küresel bir derleme yapılır, sınır koşulları uygulanır ve son çözüm bilgisayar hesaplaması ile elde edilir. Bu çalışmada, Ansoft sonlu eleman benzetim yazılımı kullanılarak daimi maqna mekanizmasının benzetim modeli oluşturulmuştur ve bileşenlerin malzeme parametreleri ayarlanmıştır. Daimi maqna malzemesi NdFe35 olarak tanımlanmış ve yoke malzemesi çelik-1010 olarak ayarlanmıştır.
Sonra, bobin parametreleri atanmıştır: kondansatörün şarj voltajı 110 V, kapasitesi 0,047 F, bobinin DC direnci 5 Ω, sarım sayısı 500, endüktansi 0,0143 H'dır. Doğrudan etki yapan daimi maqna mekanizmasının tek stabil tip olduğu için, açma işlemi açma yay kuvveti tarafından sürüklenir. Bu nedenle, daimi maqna tarafından üretilen akışı iptal etmek için sadece küçük bir ters akım gereklidir, böylece mekanizma yayın karşıt kuvveti altında açılabilir. Gerekli ters manyetik akışı azaltmak için, geniş simülasyon ve testler sonrasında, açma sürücü devresine seri bir 5 Ω DC direnç eklenmiştir.
Son olarak, daimi maqna mekanizması üzerinde yüzey ve katı modelleme ve ağlama işlemleri gerçekleştirilmiştir. Hareket eden çekirdek, manyetik uç kapakları, yoke ve daimi maqna gibi ana manyetik bileşenlere daha yoğun bir ağlama uygulanırken, manyetik olmayan parçalar için daha ince bir ağlama kullanılmıştır.
5 Benzetim ve deneysel sonuçların analizi
Doğrudan etki yapan daimi maqna mekanizmasının elektriksel ve mekanik özellikleri, Ansoft simülasyonlarını gerçek ürün testleriyle birleştirerek analiz edilmiştir, özellikle kapama ve açma akımı ve havalanış özellikleri üzerinde odaklanılmıştır. Şekil 5, zirve akımı 13,2 A olan simüle edilen kapama akımı eğrisini göstermektedir. Şekil 6, ölçüm değeri 14,2 A olan osiloskopla ölçülen kapama akımını göstermektedir. Şekil 7, simüle edilen kapama havalanış eğrisini sunmaktadır, burada kapama hızı (kontak kapanmadan önceki son 6 mm boyunca ortalama hız) 0,8 m/s'dir. Şekil 8, osiloskopla ölçülen kapama hızını göstermektedir, bu değer 0,75 m/s'dir. Sonuçlar, katı dielektrikli döngü anahtarlama ünitesi için tasarlanan doğrudan etki yapan daimi maqna mekanizmasının kapama mekanik özelliklerinin anahtar ekipmanlarının gereksinimlerini karşıladığını ve simülasyon ile deneysel sonuçlar arasındaki hata kabul edilebilir tasarım aralığı içinde olduğunu göstermektedir.
6 Sonuç
Bu makalede, katı dielektrikli döngü anahtarlama üniteleri için doğrudan etki yapan daimi maqna mekanizması tasarlanmıştır. Mekanizmanın kapama ve açma akımları ve mekanik havalanış özellikleri, bilgisayar simülasyonu ve gerçek ürün testleri kullanılarak analiz edilmiş ve karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, oluşturulan dinamik özellik simülasyon modelinin pratik daimi maqna mekanizma tasarımı için teorik temel sağlayabileceğini göstermektedir. Doğrudan etki yapan daimi maqna mekanizması, düşük sürücü akımı ve kapama ve açma hızları gibi mükemmel mekanik performansı ile katı dielektrikli döngü anahtarlama ünitelerinde kullanılma için idealdir, teknik gereksinimleri tamamen karşılamaktadır. Ayrıca, yüksek gerilimli senkron faz seçici anahtarlama ekipmanlarının gelecekteki geliştirilmesi için de teknik temel sağlamaktadır.
