电磁斥力机构的参数匹配与优化设计

基于电磁斥力机构的快速开关是直流断路器中的关键设备,其操动速度直接决定了直流断路器的动作时间。该文针对电磁斥力机构的参数匹配特性和优化设计方法展开研究。首先,通过将金属盘等效为单匝线圈对电磁斥力机构的仿真模型进行了简化;搭建了40.5 k V快速真空开关样机,基于样机试验验证了仿真模型的有效性。然后,基于简化后的仿真模型,将影响电磁斥力机构操动特性的多个变量凝练为3个与操动特性直接相关的特征参量,得到了电磁斥力机构的参数匹配规律并从解析角度给出了解释。最后,基于参数匹配规律,提出了电磁斥力机构参数设计原则,进而得到了一种快速而有效的电磁斥力机构参数优化设计方法。在满足快速开关设计要求的前提下,该设计方法可实现电磁力峰值最小和操动效率最高的综合优化目标,为快速开关向高电压及快速性方向发展奠定了基础。     

新型电磁推力机构设计与仿真分析

电磁推力机构是一种利用涡流原理制作的新型快速操动机构,在电力系统故障限流、电能质量控制以及相控开关等诸多领域具有广阔的应用前景。本文通过对电磁推力机构的原理和结构进行分析,提出并设计了一台12kV断路器用配永磁保持的新型电磁推力机构,并利用有限元分析软件Maxwell对设计模型进行仿真分析。计算出保持力数值与设计值基本相符,此外,得到该机构的动态参数:仅需1.25ms就可完成合闸,平均速度可达8.8m/s,满足设计要求,从而验证了设计的合理性。     

音圈电动机式脉冲推力机构的计算与控制仿真

基于电磁推力机构的快速开关,在电力系统的诸多领域具有广阔的应用前景.提出并研究了一种用于真空开关的音圈电动机式脉冲推力机构,具有结构简单、动作速度快、易于控制等优点.该推力机构的控制系统由基于电力电子PWM技术的可控脉冲放电电源和反馈控制器组成.针对开关触头分、合闸速度的最优跟踪控制,提出了无速度传感器的直接电磁力反馈控制方法;仿真结果表明,该方法利于实现动态过程优化并可获得较高的动作速度.设计了可控旁路放电的电磁缓冲方案,可有效解决触头的颤振问题.     

电磁推力机构的一种分析方法

基于平行排列的同轴双圆形线圈模型,导出了计算电磁推力的基本分析公式。计算指出:两个单匝线圈的互感、互感对位移的导数在其半径相等时取得极大值。针对一具体算例,通过改变感应线圈的半径,计算了通电线圈的电流、感应线圈的涡流和电磁推力的变化情况。分析结果表明,在线圈电流衰减到零之前,电磁推力会变为电磁吸力,从而引起开关触头合分时的反弹现象。最后给出一种新的电磁推力机构动态分析的方法,藉此可以方便地实现电磁推力机构的综合优化设计。     

基于多策略粒子群算法的500 kV直流断路器用快速机械开关优化设计北大核心CSCD

快速机械开关作为混合式直流断路器系统的关键设备,其操动机构多选用电磁斥力机构,电磁斥力机构的磁场电场相互耦合,仅通过控制变量法难以从整体上对电磁斥力机构进行优化设计。为此,提出一种多策略改进粒子群算法,并将其应用到斥力机构的参数优化中。首先,利用Ansoft Maxwell仿真分析了电磁斥力机构的线圈盘尺寸、金属盘尺寸和放电回路参数对快速机械开关动态性能的影响,确定了主要的优化设计参数;其次,针对基本粒子群的缺陷,结合重开端及反向学习策略进行改进并验证了改进后算法的优势性;最后,根据优化后的参数制造了样机并进行了动态性能测试。测试结果表明:优化后的开关的分断速度得到提高的同时减小了开关的总体积和成本,验证了优化设计的有效性。研制出的快速机械开关将投入张北±500 kV柔性直流输电工程使用。     

磁悬浮开关磁阻电机建模与参数优化设计

针对磁悬浮开关磁阻电机参数设计问题,提出一种基于最小二乘支持向量机与粒子群优化算法的电机结构参数优化设计方法.采用三维有限元仿真建立样本空间,构建悬浮力、电磁转矩与绕组间互感的最小二乘支持向量机非参数模型;并基于该非参数模型,选择满足额定电磁转矩为约束条件,悬浮力最大且绕组间互感最小为优化目标,采用粒子群优化算法获取电...     

高温超导直线感应电机的优化设计

详细讨论了高温超导直线感应电机的结构设计和初级绕组排列方式,给出了高温超导带材临界电流和背景磁场的关系曲线。采用Maxwell有限元电磁分析软件对高温超导直线感应电机进行了详细的电磁分析,并对初级绕组匝数、初级铁心槽高和初级铁心槽宽等关键参数进行了参数扫描和优化,分析了它们对电机电磁力、初级槽漏磁通和电机临界电流的影响,提出了高温超导直线感应电机的优化设计方法。根据得到的高温超导直线感应电机优化设计参数制造了一台完全相同的铜绕组实验样机,测试了样机在不同电流和速度下的推力,对比相同条件下得到的有限元电磁仿真结果,可以得到一个修正推力仿真结果的系数,这个系数对研究不同电机参数的电机推力很有意义。     

基于有限元法的电磁斥力机构仿真分析与设计

为了分析电磁斥力机构主要参数对斥力产生作用效果的影响,以指导基于电磁斥力原理的快速直流真空开关设计,在合理简化的基础上,建立了电磁斥力机构场路耦合动态特性分析的二维有限元模型。分析了斥力盘结构参数、储能电容容量及充电电压对电磁斥力的影响规律,为优化设计提供依据。最后利用基于仿真设计参数的电磁斥力机构、双稳碟簧等研制了12 kV快速真空开关样机。实验结果验证了仿真分析的正确性,实测其固有分闸时间1.8 ms,全行程时间5.0 ms。     

车载环境下电磁耦合传感器性能研究

针对目前高速动车车载电磁耦合式水位传感器存在的问题,运用高速数据采集系统,开发了电磁耦合开关的综合性能检测平台。测试项目有温度测试,电磁性能测试,极限负荷测试,同时设计并完善了一种基于Ansoft Maxwell的电磁耦合式开关的仿真模型,可用于电磁耦合开关设计的仿真和参数优化设计。运用综合性能检测平台和仿真模型分析温度、外部电磁干扰、暂态故障负荷、电磁耦合效率对性能的影响。结果表明:干簧管和外部控制磁铁的相对运动路径决定电磁耦合的转换效率,同时干簧管在极限温度与暂态过负荷条件下性能依旧稳定,控制磁铁性能在一定范围内受到工作温度的限制。     

Maxwell 3D在开关磁阻平面电机结构设计中的应用

利用Maxwell 3D电磁场有限元分析软件对开关磁阻平面电机结构进行优化设计.对两种电机结构(动子宽齿结构、动子等齿结构)进行3D静磁场建模与仿真,获得磁场分布特性和电磁推力特性.仿真结果表明,等齿结构与宽齿结构相比,饱和程度低.而且等齿结构电磁推力的最大值较大,可控范围宽,即等齿结构要优于宽齿结构.仿真结果为电机结构设计和研制提供了一定的理论依据.     

基于电磁斥力机构的快速接地开关的仿真与设计

快速接地开关通过装置的快速动作形成的金属性短路熄灭故障电弧,从而保障设备以及人身安全。通过理论分析以及有限元仿真软件（ansoft）研究了快速接地开关最重要的两部分：电磁斥力机构以及永磁保持机构。通过改变电磁斥力机构的结构和电气参数获得了这些参数之间的关系并且设计了新型快速接地开关。仿真结果表明,样机的反应以及合闸时间都与设计相符,达到了快速接地开关的设计要求。     

高压直流断路器用快速机械开关电磁缓冲研究

基于电磁斥力机构的快速机械开关是混合式高压直流断路器的核心设备之一,其几毫秒内分闸到位的速动性对直流断路器至关重要,然而其速动性对开关的缓冲提出了更高要求。文中提出了一种适用于电磁斥力机构分闸过程的电磁缓冲方法,介绍了电磁斥力机构和电磁缓冲的基本工作原理,并建立电磁斥力机构电磁缓冲装置的有限元模型,结合其原理仿真分析了缓冲储能电容容量、初始电压和缓冲触发时间对电磁缓冲性能的影响规律。最后对舟山示范工程200 kV直流断路器用快速机械开关进行了电磁缓冲试验,验证了仿真分析的正确性。文中对电磁缓冲的设计和控制提供了一定的指导。     

工频零点电流转移限流及40.5kV快速真空开关仿真

随着电网的发展和负荷密度的增加,故障电流不断增大,如不采取措施,一些区域的故障电流将超过现有断路器的开断能力。笔者提出了一种基于工频零点电流转移的限流器方案。由快速真空开关和限流阻抗并联组成限流器,放弃限制故障电流的第一个峰值,降低了限流器实现的难度。笔者从工作电压、电流转移、动稳定性和热稳定性,以及快速真空开关等方面,论证了这种限流器的可行性。建立了基于等效回路法的仿真分析方法,对40.5kV真空断路器的电磁斥力机构进行了计算和优化。结果表明,工频零点电流转移型限流器所需的快速真空开关是可以实现的。     

并联双线圈式直流接触器电磁机构合闸动作特性研究

直流接触器是新能源系统以及电动汽车中配置最为广泛的开关电器之一。而直流接触器的动态特性是衡量直流接触器性能的重要指标之一。本文以并联双线圈式直流接触器为研究对象，建立了直流接触器电磁机构的动力学模型，利用基于Adams与Maxwell的联合仿真研究方法对直流接触器的电磁机构进行合闸过程的仿真分析，研究结果表明，机构合闸动作的仿真合闸时间与试验合闸时间相吻合，验证了该仿真方法的正确性；同时研究了弹簧参数和线圈参数等因素对机构合闸运动特性的影响，研究发现在一定范围内弹簧预压力变化对合闸时间影响不大，线圈安匝数增大会导致合闸时间变小，线圈内阻增大会导致合闸时间变大且动触头弹跳更剧烈。本文的仿真方法与结果能为直流接触器电磁机构的改进设计与优化提供一定参考。     

高压快速转换开关的研制

对高压快速转换开关进行了研究,并开发出一台单相试品。该开关由6 kV/400 A真空接触器灭弧室、双向电磁推力操动机构和双稳碟簧机构组成。试验表明,该快速开关的分闸时间为0.8 ms,合闸时间为2.3 ms。     

新型混合型限流断路器分析及试验

研究了一种基于高速斥力开关的交直流两用混合型限流断路器方案,该限流断路器在限流过程中先经过一个强迫换流过程,使得触头分离时高速斥力开关上电流减小到较小值,触头分离后再经历一个自然零电压换流过程,将斥力开关电流换流到二极管支路上.重点对限流断路器换流过程进行了理论分析及仿真,分析了其可能出现的4种分断情况.研制了400V/500A限流断路器样机,并进行了不同短路电流上升率的限流试验,验证了理论分析的正确性.     

基于电磁斥力机构的10kV快速真空开关

在合理简化的基础上,利用有限元方法建立了电磁斥力机构场路耦合瞬态动力学特性分析的二维有限元模型.为了验证仿真模型的正确性,建立了简化的实验验证模型,并在不同储能电压下对验证模型的放电电流以及满行程时间进行了实际测量,测量结果验证了仿真模型的正确性.在此基础上,就金属盘、分闸线圈的结构参数以及储能电容的容量对电磁斥力的影响进行了仿真分析,得出了一般性的设计指导原则.另外,为了进一步提高快速开关的分闸速度,提出了在线圈周围加装导磁材料以及利用脉冲成形网络作为其放电回路的方法,利用仿真模型对其效果进行了仿真分析.最后利用12kV-40kA-2500A真空开关管、双向电磁斥力机构以及可倒翻碟簧双稳机构研制了10kV快速真空开关样机,实测其固有分闸时间为0.5ms,满行程时间为1.6ms.     

超高速斥力机构与永磁机构的实验性能对比分析

对斥力机构和永磁机构进行了实验对比分析,得到了两种机构的性能参数的差异,结果表明斥力机构在始动时间、初始加速度、整体平均速度方面有着自己的优势,实验结果可以为高压开关操动机构的设计提供一定的指导。