真空断路器弹簧操动机构优化设计与可靠性分析

在真空断路器弹簧凸轮操动机构中,其开断特性与合闸弹簧、分闸弹簧和触头弹簧是息息相关的,它们性能的优劣对真空断路器的安全开断起着极其重要的作用。因此对真空断路器弹簧操动机构进行优化设计,并对其合闸弹簧、分闸弹簧以及触头弹簧进行可靠性分析,通过对其强度-应力干涉模型的分析,确定其在一定工作时间内的可靠度,进而实现对其开断特性的可预知性。     

ZN63型断路器操动机构合闸弹簧应力松弛仿真分析与诊断

文中通过在动力学仿真软件中建立断路器运动仿真模型,设置不同程度的合闸弹簧应力松弛故障,分析了合闸弹簧应力松弛对断路器操动机构运动特性的影响;采集了断路器操动机构合闸弹簧在正常及应力松弛故障下的振动信号,提出一套基于小波包敏感频段能量法的断路器合闸弹簧应力松弛故障的诊断方法。试验表明,该方法能够有效地区分弹簧是否发生应力松弛故障。     

凸轮机构在电动弹簧操动机构中的作用

1.前言真空断路器的操动机构主要有两种形式:以直流电磁铁作为合闸动力源的操动机构是电磁操动机构;以弹簧作为合闸动力源的是电动弹簧操动机构。电动弹簧操动机构由小功率交流或直流电动机为弹簧储能,而后利用弹簧释放的能量对断路器进行分、合闸操作。由于它对电源要求不高,合闸力不受电源电压的影响,工作恒定,易于产品系列     

利用合闸复位时间差提高高压断路器弹簧操动机构合闸锁扣可靠性

合闸锁扣机构是高压断路器弹簧操动机构保持合闸状态的重要组成部分。当今广泛用于126 kV断路器上的CT20弹簧操动机构在操作更大负载的断路器时可能偶尔出现合闸保持不住的现象。为了解决这个由于合闸锁扣机构造成的问题,笔者提出了复位时间差的概念,即合闸保持过程中合闸锁扣机构的大掣子和小掣子达到稳定状态的时间差。通过增大复位时间差可以提高合闸锁扣机构的可靠性,并分析了对合闸复位时间差有影响的参数。通过ADAMS软件仿真得到,增大合闸保持大掣子弹簧的预压力可以有效地增大复位时间差,增大小掣子弹簧的预压力以及减小小掣子弹簧的刚度,可以有效地减小弹跳对合闸复位可靠性的影响,从而降低出现合闸保持不住现象的概率。该研究结果可以为改进CT20弹簧操动机构的合闸锁扣机构提供参考。     

合闸启动力矩对断路器系统性能的优化分析

文中是对高压断路器弹簧操动机构的合闸启动力矩进行分析,通过仿真优化和试验验证的方法,得到合闸启动力矩对断路器弹簧操动机构性能的影响,为后续断路器弹簧操动机构的设计与优化提供参考,具有一定的指导意义。     

档杆故障下高压断路器弹簧操动机构应力分布研究

将HyperMesh与LS-Dyna相结合对档杆故障下的高压断路器弹簧操动机构进行应力分析。首先根据高压断路器弹簧操动机构的零件尺寸建立其三维模型,然后通过有限元软件HyperMesh对三维模型进行网格划分,最后利用LS-Dyna对断路器弹簧操动机构档杆故障进行了应力计算,通过仿真,得到了弹簧操动机构档杆故障下各关键零部件的应力分布及最大应力点位置。分析结果可知,在档杆故障下,整个机构的应力状况普遍降低,并且动触头行程明显无法满足断路器设计要求。分析结果对断路器弹簧操动机构零件失效分析及可靠性设计提供了有益参考。     

断路器弹簧操动机构分/合闸弹簧的状态诊断

为保证断路器弹簧操动机构的安全可靠运行,本文提出一种针对弹簧操动机构分/合闸弹簧的状态诊断方法.通过分析弹簧在断路器储能过程和分/合闸动作过程中的动作特性,提取储能过程中电机有效输出功和分/合闸过程中的动作速度作为诊断弹簧性能的特征参数,分析阐述基于对特征参数判断的分/合闸弹簧状态诊断流程,设计分/合闸弹簧状态诊断系统,并结合CT20弹簧操动机构对该方法进行验证.通过对新旧分/合闸弹簧进行对比实验,证明所提出的分/合闸弹簧状态诊断方法简单、准确,具有良好的诊断效果.     

浅析弹簧操动机构中合闸保持分闸脱扣操作系统

操动机构是高压断路器的重要组成部分。断路器合闸位置保持的可靠性是衡量弹簧操动机构的重要指标。笔者针对目前两种典型弹簧操动机构采用的合闸保持系统运动过程进行了分析。结果表明,断路器操动机构不论采取哪种合闸保持结构,都必须稳定、可靠地完成合闸保持功能。     

真空断路器弹簧操动机构中凸轮机构的优化设计

1引言近年来对高压断路器设备故障分布的统计显示,操动机构故障所占比例最大。弹簧操动机构是真空断路器中应用最广泛的一种操动机构,具有操作电源容量小,可采用交、直流两种电源,成本低等优点。与其他类型操动机构相比,弹簧操动机构的结构比较复杂,对零部件加工精度要求较高。弹簧操动机构是以弹簧作为动力元件对开关进行分闸和合闸操作的操动机构,由于弹簧的动力释放存在一定的局限,因此必须通过传动机构进行改善。弹簧操动机构一般使用凸轮—连杆机构作为合闸传动机构,通过弹簧输出力特性和开关负载特性的合理匹配,获得理想的合闸速度,减小机构的操作功,缓解各构件所受的冲击,提高使用寿命。在凸轮—连杆机构中,连杆结构起传递运动的作用,而凸轮机构决定了输出力特性的改变。凸轮机构运动规律的变化对输出力特性与合闸速度影响很大,能否得到与负载特性配合较好的输出力特性,关键在于凸轮轮廓线的设计。以往的凸轮设计大多依靠经验,参照同类产品中已有的凸轮轮廓线,找出运动规律,并通过试验检验其是否满足设计要求。上述方法的整个设计过程是被动的,一般只能保证开关行程的要求,而输出力和运动特性要通过多次试验方能确定,因此设计周期长、成本高。随着计算机辅助设计的发展和...     

分合闸弹簧参数对高压断路器机械特性影响研究

通过仿真软件建立某高压断路器虚拟样机,进行动力学仿真计算,根据计算结果分析了分合闸弹簧参数与高压断路器机械特性的影响并得出结论,该结论可以为弹簧操动机构分、合闸弹簧设计提供参考,为弹簧操动机构与断路器本体的匹配性研究奠定基础,同时对高压断路器机械特性调试也具有一定意义。     

弹簧刚度及摩擦力对断路器操动机构动特性的影响

高压断路器操动机构的可靠性是断路器稳定运行的重要保证。笔者利用ADAMS软件建立了CT26型弹簧操动机构的动力学仿真模型,对操动机构动触头的分合闸运动进行了动力学仿真分析,并通过实验数据验证了所建模型的准确性。重点分析了分合闸弹簧刚度以及机构摩擦力对断路器动特性的影响。仿真结果表明,上述两种因素直接影响着操动机构的分合闸时间、速度以及凸轮机构的使用寿命。分析方法和结果可为断路器操动机构的设计研究和日常维护提供参考依据。     

基于半监督学习的断路器弹簧机构机械特性监测及状态评估技术研究

针对断路器弹簧机构机械特性监测及状态识别系统普遍存在监测类型不全、特征值提取单一、判断标准太过绝对等问题,文中提出了基于小波及半监督学习的多特征分析的断路器弹簧操动机构机械状态识别新方法.通过感知元件对分合闸线圈电流、动触头位移等信号进行采集,采用小波算法对信号进行滤波处理,分析断路器弹簧操动机构的分合闸线圈电流、动触...     

126 kV真空断路器操动机构机械可靠性研究

文中在分析讨论传统可靠性设计方法在真空断路器机械可靠性设计应用中存在局限性的基础上,提出基于失效物理和可靠性物理(PoF/RP)的真空断路器操动机构及其零部件可靠性设计方法,对操动机构内部传动部件的冲击疲劳寿命计算方法进行了理论分析。分别对126 kV单断口真空断路器弹簧操动机构、分离磁路式双稳态永磁操动机构,以及快速斥力机构在断路器合分闸操作冲击应力作用下易损部件的疲劳寿命进行了分析。计算结果显示:弹簧操动机构合分闸联锁挚子在断路器合分闸操作冲击应力的作用下其疲劳寿命计算结果为1 654次;双稳态永磁操动机构在断路器以2.5 m/s速度分闸、1.5 m/s速度合闸时,其动、静铁心在冲击应力作用下的疲劳寿命17 710次;快速斥力机构触头簧传动支撑部件在断路器以5.5 m/s速度分闸、1.3 m/s速度合闸过程中,其冲击疲劳寿命为302次;该计算结果与实验结果相近。     

真空断路器弹簧操动机构中连杆机构的容差优化

在对弹簧操动机构运动学、动力学分析的基础上,以真空断路器的分断、合闸速度特性等技术指标为约束条件,以弹簧操动机构的杆件尺寸及其容差为变量,以相对容差大、成本低为目标,将离散随机方向搜索与复合型算法相结合对系统实施了容差优化。同时给出了能够满足弹簧操动机构分、合闸特性的杆件尺寸及最大容差,为真空断路器弹簧操动机构的设计提供一种新的优化设计方法。     

12kV真空断路器半双稳态永磁机构的设计

应用于真空断路器的永磁操动机构一般分为双稳态和单稳态永磁机构。对于单稳态永磁机构,通过调整分闸弹簧在分闸位的预拉力,可以实现对分闸特性的调节。增大预拉力可以缩短分闸时间,降低分闸弹跳,但预拉力过大会导致合闸状态时的保持合力减小,可能造成合闸的不可靠,也会对合闸动态特性造成不利影响,如合闸时间增加等。本文提出了应用于12kV真空断路器的半双稳态永磁机构的设计方法,该机构在分闸状态由较小的永磁保持力和弹簧力共同实现分闸保持。分闸位保持力大有助于抑制分闸弹跳,同时永磁保持力在动铁芯离开分闸位置后迅速减小,对合闸保持以及合闸动态特性几乎没有不利影响。利用Ansoft Maxwell软件建立永磁机构模型,进行静态和动态的仿真。根据设计结果制作实际样机,对其进行测试,实验结果验证了设计与仿真的正确性。     

真空断路器弹簧操动机构的优化

真空断路器触头弹簧压力增大会导致断路器无法可靠合闸,四连杆结构在一定程度上会影响机构的出力特性和机械效益,进而影响断路器合闸的可靠与稳定。文中分析了真空断路器的动作原理,建立弹簧操动机构的数学模型;对机构中的凸轮轮廓、传动拐臂的角度和尺寸、连板与合闸滚子的尺寸参数进行优化,建立弹簧操动机构的仿真模型。动力学仿真表明,优化后的触头弹簧压力增大了58%（从1 700 N提升到2 686 N）,仍能保证断路器操动机构可靠合闸。试验结果显示,触头弹簧压力为2 500 N时断路器触头能够可靠吸合,平均合闸速度降至0.68 m/s,弹跳时间缩短了18.4%,整体优化后的方案满足设计要求并具有良好的可靠性与稳定性。     

基于Adams的CT14型高压断路器弹簧操动机构动力学仿真分析

操作机构的动态特性是决定断路器分断性能的重要因素。将CT14型高压断路器弹簧操动机构总体模型导入Adams并进行了参数化设置,建立了弹簧操动机构的动力学仿真模型,并对弹簧操动机构动触头分合闸动作进行了动力学仿真分析,通过与实验数据进行了对比,验证了所建模型的准确性。利用该模型分析了凸轮—连杆机构初始位置、各部分摩擦系数、滚轮磨损等3种因素对弹簧操动机构动触头行程、速度、动作时间等的影响。分析结果可为该型高压断路器弹簧操动机构的优化设计、安装检修等提供参考。     

真空断路器用合闸弹簧拉杆疲劳寿命分析及设计优化

正以合闸弹簧拉杆为研究对象,通过建立真空断路器操动机构的ADAMS运动学仿真模型,对弹簧操动机构进行运动仿真分析,并将合闸弹簧拉杆在ADAMS中的分析结果作为边界条件施加到Ansys Workbench中,使用Ansys Workbench对合闸弹簧拉杆进行静力分析和疲劳寿命分析,通过优化模块Design Exploration对合闸弹簧拉杆进行设计优化。     

CT26型断路器操动机构动力学仿真及拐臂疲劳寿命分析

机构缺陷是高压断路器运维过程中的常见问题之一,开展断路器操动机构机械特性研究对提高其运行可靠性有着重要意义。针对高压断路器CT26-252型弹簧操动机构分别建立多刚体动力学模型和刚柔混合动力学模型,对断路器操动机构在分合闸过程中的运动情况进行仿真研究,对比了2种模型的差异,并用实验数据验证了模型的准确性,最后计算得出机构拐臂的机械应力和应变分布,进行了疲劳寿命分析。结果表明:针对CT26-252型弹簧操动机构建立的动力学模型可以较准确地模拟断路器操动机构的实际运动情况,并且由于机构零件应变量小,多刚体动力学模型与刚柔混合动力学模型计算结果差异小,拐臂上下通孔载荷谱存在明显差异,拐臂疲劳寿命受限于其上下通孔,疲劳寿命可达6万次。     

在真空断路器中应用交流直线异步电机的问题

目前交流高压断路器根据其使用要求,按合闸动力的不同,通常有气动操动机构、液压操动机构、弹簧操动机构、电磁操动机构和电动机操动机构。最后一种操动机构在高压断路器的发展初期曾经使用过,其基本原理是应用旋转电动机作为操作动力,通过不同的传动操作机构使断路器合闸。在图1中示出了一种用电动机操动的机构。高速电动机通过齿轮减速,将凸轮转动一周,推动连杆带动联轴器使断路器合闸,脱扣闩使断路器锁住在合闸位置。这种操动机构所输出的合闸功不可能很大,更主要的是合闸速度满足不了现代断路器的要求,故目前已被其它类型的操动机构所代替。