真空断路器新型电机操动机构的多体动力学仿真

为提高断路器的可靠性,研究了一种新型的电机机构,该电机机构具有结构简单、体积小、响应快且运动过程可控等优点,研究重点为在电机机构操作下真空断路器的分/合闸机械特性。结合40.5 kV配电机机构的真空断路器,采用多体动力学仿真软件(automatic dynamic analysis ofmechanical systems,ADAMS)建立真空断路器新型电机机构的虚拟样机模型,对断路器的分/合闸过程进行仿真分析。由动态仿真得到电机转角与动触头行程的对应关系、断路器动触头的行程及速度特性曲线等,同时对断路器进行分/合闸操作实验,通过安装在转轴上的扭矩传感器及绝缘拉杆处位移传感器测得相应的运动特性,并将仿真结果与实验结果进行对比分析,仿真模型的输出特性与实验结果吻合较好,表明虚拟样机模型是有效的。     

单稳态永磁真空断路器动态特性仿真

根据单稳态永磁真空断路器结构特点,采用虚拟样机技术,进行基于Maxwell、MATLAB、ADAMS的断路器合分闸动态仿真。先使用Maxwell建立有限元模型,计算电磁力和电感等;然后将计算结果导入MATLAB,耦合电压平衡方程与机械运动方程,求解得到永磁真空断路器合闸动态特性仿真结果;随后采用ADAMS对永磁真空断路器分闸过程进行仿真计算;最后对实际样机进行测试,验证了仿真的正确性。     

126kV真空断路器电机操动机构动态仿真与试验研究

为了简化高压真空断路器操动机构的结构并提高其工作可靠性,笔者对不同转子结构的真空断路器电机操动机构的动态特性进行了研究。建立了126 kV真空断路器操动机构的动态仿真模型,推导了驱动电机主轴侧的等效转动惯量、动态反力以及动触头行程与驱动电机转角的关系。依据上述分析并综合考虑绕组端部效应对电机启动过程的影响,采用场—路—运动耦合法对驱动电机在断路器分、合闸操作过程中的瞬态磁场和动态机械特性参数进行了仿真计算。结合仿真结果制成了永磁驱动电机样机,进行了操动机构与断路器联机试验试验。试验结果表明:电机操动机构能实现断路器的可靠分、合闸操作,平均合闸速度达到2.51 m/s,平均分闸速度达到3.35 m/s,满足断路器的要求。动态性能仿真结果与试验结果基本吻合,验证了仿真分析的有效性。     

126kV真空断路器分离磁路式永磁操动机构

永磁操动机构因其结构简单、可靠性高、操作寿命长、动作分散性小以及与真空断路器配合良好等特点被广泛应用于中低压等级(3.6~40.5k V)的真空断路器中。但由于高电压等级真空断路器触头的运动行程长、分合闸速度高,依靠传统结构形式的永磁机构难适应输电等级(72k V)真空断路器高速度要求。因此,本文提出一种适用于126k V真空断路器的新型双稳态轴对称分离磁路永磁机构,将永磁保持部分与电磁操动部分分离,减少两部分磁路在工作时的干扰,进而提高永磁机构的分、合闸速度。同时引入非工作气隙的设计,当保持动铁心离开分合闸位置时永磁力急剧下降,减少了永磁铁在运动过程中对机构运动特性的影响。本文采用有限元软件与多体动力学软件耦合仿真方法对该机构的静态特性及动态特性进行了计算,并根据计算结果制作了样机。样机的实验结果证明该新型永磁机构的速度特性可满足126k V真空断路器的要求,实验结果与仿真结果具有较好的一致性。     

12kV真空断路器投切并联电抗器合闸预击穿过电压的研究

12 kV真空断路器投切并联电抗器时可能会产生合闸预击穿现象,形成危险的过电压。为探明合闸预击穿产生过电压的情况和改进现有合闸仿真模型。笔者在运行电网上对一种型号的12 kV真空断路器合闸并联电抗器进行了一系列的现场试验研究,并对合闸预击穿暂态过程和现象进行了分析。结果显示:该型号真空断路器的合闸预击穿率高达50%,且合闸预击穿相对地过电压均可超过4.0 p.u.。统计得到其合闸操作不同期特性、预击穿暂态过程中断口间介质动态绝缘强度恢复曲线和高频电流熄弧特性,并在ATP-EMTP中搭建真空断路器合闸预击穿MODEL控制模型。考虑电缆三相间的寄生参数,对该型号真空断路器合闸并联电抗器进行三相仿真计算,与试验结果对比分析显示,仿真结果与试验结果基本一致。     

智能开关用新一代永磁机构的研制

基于有限元法研究配智能开关用单稳态永磁机构的动态特性,进行质量和反力归算,建立有限元模型。计算分析了单稳态永磁机构分合闸动作电流、机构行程特性以及断路器的机械特性,并进行了试验研究。在试验中实测了断路器触头的分、合闸行程曲线和永磁机构分、合闸线圈的电流曲线,仿真结果准确可靠,机构及断路器特性优异。     

126kV真空断路器的运动建模与优化设计

根据对真空断路器运动原理的分析,建立了126kV真空断路器的动力学模型.提出了一种新的方法来设计真空断路器产品的运动特性,该方法利用多体动力学仿真软件ADAMS 建立真空断路器产品的虚拟样机模型,对真空断路器的分、合闸过程进行仿真分析,通过对样机模型结构和力学等参数的修改,最终实现产品的优化设计.仿真结果也验证了该方法的有效性.     

真空断路器电机操动机构RBF-PID控制方法研究

为提高真空断路器分合闸性能和智能化操作水平,提出了适用于真空断路器电机操动机构的RBF-PID控制方法,结合有限转角永磁无刷直流驱动电机动态数学模型,分析了驱动电机转速响应特性和运动过程可控性,构建了电机操动机构神经网络控制方程,对PID控制参数进行优化整定,分别计算分析常规PID和RBF-PID控制方法作用下真空断路器操作速度的跟踪特性。研制了电机操动机构速度控制系统,开展了真空断路器电机操动机构速度跟踪特性实验,结果表明,采用RBF-PID控制方法可以有效降低速度跟踪误差,操作过程中最大跟踪误差小于0.2 m/s,满足真空断路器智能化操作要求。     

基于Open GL的真空断路器机械动态仿真方法

真空断路器是中压配电网络中最重要的设备之一，断路器动作的可靠性直接影响配电网络的安全稳定运行。对断路器机械动态特性进行软件模拟分析，是研究断路器机械特性的一种重要的辅助手段，不仅可以降低断路器设计过程中的试验次数，而且可以提高设计的科学性和合理性。本文以配永磁操动机构的真空断路器为例，用三维图形函数库OpenGL和VC 软件联合编制了断路器机械系统三维模型动态仿真软件，对断路器的分合闸过程进行了仿真分析计算。该软件可以模拟不同参数下的机构动作过程，对照在不同参数的仿真计算结果，并且可以将仿真计算结果存储和打印以便作进一步的分析和处理。     

新型126 kV电机直驱高压真空断路器伺服控制系统研究

高压断路器的稳定工作是电力系统正常运行的关键,为了优化其分合闸控制的性能,研究了一种由永磁同步电机(PMSM)驱动的高压真空断路器操动机构及由DSP作为主控模块的伺服控制系统。构建了一台由126 kV真空断路器、永磁同步电机、DSP及外围控制系统组成的实验装置进行实验。针对与电机转矩惯量比相关的定子尺寸与永磁体厚度进行了优化分析,并设计了与真空断路器性能匹配的控制系统程序流程。通过采用最大转矩电流比控制策略控制电机,可以实现真空断路器按预设的参考曲线进行分合闸操作。实验结果表明,基于DSP控制的电机直驱高压真空断路器分合闸特性满足技术要求,稳定性好。