快速电磁推力机构的动态特性仿真与优化设计

基于电磁推力机构的快速开关，在电力系统故障限流、电能质量、相控开关等领域应用前景广阔。给出了一种基于时间和位移双层循环的离散迭代算法，该算法可用于电磁推力机构的仿真分析和综合优化设计。通过仿真详细研究了不同的结构参数对电磁推力机构动态特性的影响，并给出了一般性的优化设计指导原则。提出采用一种机械弹簧式双稳保持结构，并利用优化分析的参数在算例中计算触头的关合过程，其合闸时间可达到0．23ms。     

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。     

550kV GIS隔离开关调速电机操动机构的研制

为改进550 k V气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)内的隔离开关,计算分析了隔离开关与电机操动机构的运动及动力配合特性,得到触头运动过程与摆角电机转角的对应关系。隔离开关触头运动速度主要取决于电机操动机构的转动速度,根据隔离开关触头运动过程可控化的要求,利用有限元数值方法,建立了摆角电机电、磁、机械耦合场数学模型,计算分析其动态特性,研制了速度可控的摆角电机及其调速控制系统样机。通过对多传感器输出信号的实时采集,利用自适应比例积分微分控制策略对动触头的运动速度进行实时调节。进行了550 k V GIS隔离开关电机操动机构的常规分合闸操作,分合闸速度分别达到1.1 m/s和1.2 m/s,满足隔离开关的性能要求。在此基础上,开展了隔离开关合闸调速实验,通过调节电机绕组电流,实现了触头速度0.9~1.2 m/s的变化。操动机构具有良好的可控性,为通过调节触头运动速度以减小击穿次数并抑制快速暂态过电压(VFTO)的幅值奠定了基础。     

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。     

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.     

新型单极电磁开关分断过程动态特性研究

电磁开关的分断过程是一个集电、磁、热、流体、机械为一体的过程。该文提出一种多物理场协同仿真方法,经过对相关软件的二次开发,建立了不同软件协同仿真系统。通过提取分断过程的耦合参量,将电子控制模块的设计融入电磁开关的三维动态计算中,建立一种快速去磁控制下电磁开关机械动力学模型,获取分断过程触头瞬态三维运动轨迹。仿真和实验结果表明,分断时在线圈两端施加负压可大幅度缩短开释时间,提高触头分断速度。此外,将磁流体动力学及动态网格技术应用到开关电弧的仿真,得到触头打开过程电弧温度场、气流场时空分布,从而实现对智能控制下电磁开关分断过程的整体仿真分析。该研究为改善开关的分断特性,设计高性能智能化开关提供参考。     

高压液相处理有机废水消弧触发开关的研制

为了满足高压脉冲液相放电废水处理技术需要,研制一套消弧触发放电开关装置,在绝缘转子的圆周上均布转动触头,与绝缘定子上的弹力触头,实现通-断接触,形成开关.当转速调到1000r/min时,脉冲频率为200Hz,装置运行平稳、触点通-断灵活、接触可靠;电压加载到40kV时,单触发开关旋转正常,未听到触点起弧的声音,高压脉冲在液相中放电正常,放电火花明亮、有力,实验证明是一款性能优良的触发开关     

基于响应面法的交流接触器弹簧系统优化设计方法

交流接触器是一种频繁操作的开关电器,其运动过程中的吸反力配合直接影响可靠性和性能指标,良好的吸反力配合能减少触头弹跳、提高分断特性。在此过程中,交流接触器的弹簧系统发挥着关键作用。针对交流接触器弹簧系统的多目标优化问题,提出一种动态过程的电磁-机械耦合仿真方法和弹簧实体仿真方法,在此基础上引入基于灰色关联法和响应曲面法的综合优化方法,建立触头弹跳时间、触头刚分速度、触头闭合速度、铁心闭合速度与触头弹簧自由高度、触头弹簧有效圈数、反力弹簧自由高度和反力弹簧有效圈数的二阶预测模型,对弹簧系统进行优化设计。实验结果表明,该优化方法获得的弹簧系统参数能有效减小触头弹跳时间,降低触头及铁心的闭合时间,提高触头分断速度,对于提高交流接触器的工作性能具有积极意义。     

基于电磁斥力原理的高速触头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机构作用效果的影响,以指导基于电磁斥力原理的高速机械触头机构的设计,在对电磁斥力机构工作原理进行细致分析的基础上,推导出斥力的计算方程。采用有限元仿真计算的方法分析了不同机构参数对电磁斥力的影响规律,为优化设计提供依据。设计了基于电磁斥力原理的高速机械触头机构样机,样机的实验结果验证了仿真分析正确、可靠,同时表明该机械触头的初始分离时间为220μs,能够满足混合型限流断路器对高速机械触头机构快速动作、高速运动特性的要求。     

基于DSP的PFN触发时序控制系统设计及实验分析

为了缩小电磁发射系统电源的体积并更加准确地控制放电波形,设计并制作了一种基于数字信号处理器TMS320F2812的脉冲成型网络(PFN)触发时序控制系统。该系统的电路主要由时序控制、脉冲产生、高压触发和能量续流4部分组成,并采取了抗干扰措施。系统能输出多路控制脉冲信号,且各个脉冲信号间的时延可通过上位机进行设置。给出了该PFN在各个放电时序下的放电电流仿真及实验波形图,比较发现实验波形同仿真波形几乎相同,表明所提出的触发时序控制系统具有实用性及可靠性。     

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。     

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。     

适用于直流断路器的大电流快速开关分闸特性

快速开关分闸稳定性是影响直流断路器开断性能的关键要素。文中对大电流快速开关的双弹簧永磁操动和电磁斥力双动机构的分闸过程,用有限元方法进行电磁、热和位移等多物理场耦合计算,分析了永磁操动机构驱动线圈是否有必要投入以及不同驱动线圈电流对双动机构分闸特性的影响。结果表明：在永磁操动机构驱动线圈投入的情况下,可提前将永磁吸力抵消,进而避免电磁斥力因做功时间较短而引起分闸回弹现象;由于分闸初期电磁斥力非常大,永磁操动机构驱动线圈的投入对分闸初期的速度影响较小;在电磁斥力消失后,永磁操动机构驱动线圈电流在一定范围内越大,到达额定开距的速度越大,为避免其造成分闸反弹,应合理选择驱动线圈电流值。将仿真结果与实际样机分闸特性曲线进行对比,二者具有较好的一致性,验证了仿真方法的正确性。     

Opening characteristics of high current fast switch for DC circuit breaker北大核心

The stability of opening process of fast mechanical switch is the key factor affecting the breaking performance of DC circuit breaker. Based on the finite element method, the multi-field coupling calculation of electromagnetic, thermal and momentum is carried out for the opening process of high current fast switch with permanent magnet operating mechanism and electromagnetic repulsion mechanism. The influence of the driving coil input for the permanent magnet operating mechanism and different driving coil currents on the opening process of double-action mechanism are analyzed. The calculation results show that the permanent magnet suction force can be cancelled in advance when the driving coil of the permanent magnet operating mechanism is put in, thereby avoiding the opening spring back phenomenon caused by the electromagnetic repulsion force due to the short working time. Because the electromagnetic repulsion force is very large at the initial stage of opening,the driving coil input of the permanent maanet operating mechanism has little influence on the initial speed of opening. After the electromagnetic repulsion disappears, the greater the driving coil current of the permanent magnet operating mechanism is, the greater the speed to reach the rated opening distance after the electromagnetic repulsion force disappearing. In order to avoid opening rebound phenomenon, the current value of the driving coil should be selected reasonably. The comparison between the simulation results and the opening process characteristic curves of the actual prototype shows that two curves are in good agreement, which verifies the correctness of the simulation method. © 2023, Editorial Department of Electric Power Engineering Technology. All rights reserved.     

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。     

基于ANSYS的高速斥力机构的分析与实验

电磁斥力机构是利用涡流原理制作的一种新型快速操动机构,由于受力金属盘的激励源频率是随一个时间变化的量,使用普通方法建模难于对斥力机构进行全面分析.本文用有限元分析软件ANSYS对高速斥力机构进行了分析,通过的对整个斥力机构的各种参数进行分析和寻优,找到了如何提高斥力机构工作参数的基本规律,并通过实验进行了速度测试.分析结果对于使用涡流斥力机构进行大负载高压开关操动提供了设计指导.