永磁操动机构储能电容大小的确定方法研究

真空断路器永磁操动机构的驱动电源多采用储能电解电容器,电容器容量大小对永磁机构的动态特性有重要影响,但如何确定电容器容量大小尚无明确原则。基于此,笔者通过分析永磁机构的电路励磁特征和运动特性,提出一种电容量大小确定方法,即可根据电容放电电流的第1个峰值达到永磁机构动作的临界电流来确定电容容量。在此基础上,以某永磁操动机构为例,具体介绍了电容大小的计算步骤。最后,根据所确定的储能电容大小计算了永磁机构动态特性,计算结果表明,笔者所提出的储能电容大小确定方法既可保证断路器可靠分、合闸,又能使电容量取值最小,从而优化了永磁机构的设计。     

基于有限元仿真的永磁操动机构参数设计研究

永磁操动机构结构参数设计是影响断路器性能的关键,公司在40kA真空断路器永磁机构的研发中,以永磁真空断路器生产投入经济性、运行可靠性为目标,建立永磁操动机构有限元模型对永磁体块数、激磁回路线圈匝数及电容容量三个参数进行优化研究,以确定最优化的永磁操动机构参数组合,避免单一参数分析导致的设计不合理。研究结果表明,基于有限元的永磁操动机构仿真模型与实际模型能保持较高的一致性,且该参数设计方法易于实际工程应用。     

计及温度的永磁操动机构动态特性仿真与分析

针对环境温度变化会对永磁操动机构动态特性产生较明显影响的问题,考虑到温度变化的影响,建立永磁操动机构运动过程中两个阶段动态特性的数学模型.利用其模型,分析了计及温度的静态特性参数与电容器电容、线圈电阻等动态特性参数的温度特性,得到计及温度的永磁操动机构动态特性.通过计算及实验分析表明,在工作温度范围内,分合闸时间分散性...     

配永磁操动机构真空断路器力学特性分析

在建立配永磁操动机构的真空断路器动特性计算模型的基础上,对永磁操动机构及断路器灭弧室的反力特性进行了分析,计算了在电容激磁下分,合闸过程动铁芯受力,得到了其动态变化过程曲线。     

永磁操作机构真空断路器储能电容参数的选择

为了确定配用于真空断路器的永磁操作机构分、合闸激磁线圈放电电容参数,进行了相关的理论分析和储能放电电容不同电容量下永磁操作机构特性试验研究。在永磁操作机构分、合闸过程中,电容器的放电过程必须是阻尼情况,由此可确定储能放电电容的参数基值。其最终值,应在调试真空断路器动态指标的过程中确定。     

12 kV真空断路器永磁直线电机操动机构特性分析

为解决12 kV真空断路器(Vacuum Circuit Breaker, VCB)传统操动机构和旋转电机操动机构结构复杂、可靠性低、动作分散性大以及有槽直线电机操动机构定位力引起推力脉动、振动、噪声及速度控制退化等而导致其难以精确分、合闸的问题,提出无槽圆筒形永磁直线同步电机操动机构。根据12 kV真空断路器分、合闸特性要求,对无槽圆筒形永磁直线同步电机(Slotless Tubular Permanent Magnet Linear Synchronous Motor, STPMLSM)的结构和参数进行设计,推导出其数学模型。利用有限元法对该电机操动机构的静、动态特性进行仿真分析,得到启动过程中电磁推力与时间的关系,分合闸过程中断路器动触头行程与时间、速度与时间的关系。结果表明:所设计的电机操动机构结构参数能够满足断路器分合闸特性要求,且推力波动得到有效抑制,为各电压等级断路器采用此类电机操动机构提供可靠依据。     

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真空断路器新型磁力操动机构研究与设计

对比永磁操动机构,磁力机构具有出力大、行程长等优点,可用于中高压等级。在126 kV真空灭弧室研制成功的基础上,文中提出一种适用于126 kV单断口真空断路器的新型长行程磁力操动机构。利用Ansys仿真软件对126 kV磁力机构静态特性进行仿真设计,通过改变辅助永磁体排列方式、端盖封装方式增大了机构合闸保持力,采用增大合闸保持力的方法使机构分闸速度得到提高。分析了充电电容、线圈匝数等电气参数对磁力机构动态特性的影响,并在此基础上进行了参数优化。仿真结果表明,文中设计的126 kV单断口真空断路器磁力操动机构具有良好的动作特性。     

基于开关电容器组的高压断路器操动控制研究

为了减小断路器分合闸操作中电机操动机构驱动电机启动的响应时间,提高断路器的分合闸速度并改善断路器的触头震荡现象,提出了应用于电机操动机构的控制系统内储能电容的升压变换器技术。针对126kV真空断路器分合闸的技术要求,采用开关电容器组作为升压装置,利用电容器切换技术改变断路器进行分合闸操作的能量存储和释放方式,对断路器动触头的运动过程进行分段控制。在开关电容器组和普通储能电容器的条件下,进行了126kV真空断路器电动机操动机构的分合闸试验。实验结果验证,与采用普通储能电容的分合闸特性实验相比较,采用基于开关电容器组的电机控制系统可以有效地提高断路器的分闸和合闸速度,并改善断路器的触点弹跳。     

弹簧操动机构控制回路的时间特性分析

为了解决用户经常遇到的烧毁中间继电器的问题,作者对真空断路器直流弹簧操动机构的储能回路与合闸回路的时间特性进行了测试与分析,提出需对储能与合闸回路所使用的中间继电器进行延时的结论。     

液压碟簧操动机构机械特性仿真与试验研究

分析CTY-20型液压碟簧操动机构组成及工作原理,构建先导式高速大流量控制阀、工作缸、碟簧、负载等关键部件的数学模型与仿真模型。对液压操动机构的电磁阀电流、分合闸位移、速度特性分别进行仿真分析与试验测试,对比分析所得仿真数据与试验数据,验证仿真模型的准确性。在此基础上,通过仿真讨论结构与系统参数对表征分合闸特性的分合闸时间、速度的影响,为液压碟簧操动机构的性能优化提供依据。     

一种分析多连杆永磁操动机构动态特性的方法

动态特性是永磁操动机构优化设计中的关键问题。文中提出了一种适用于计算多连杆永磁机构的动态特性的方法。使用有限元法计算电磁场,通过对基于多体动力学理论的仿真软件ADAMS进行二次开发,将永磁操动机构的机械运动方程与电路、磁场的方程进行耦合求解,实现了对永磁操动机构分合闸过程的动态特性仿真。结果表明:分闸弹簧的预压力仅会引起动触头和动铁心其运动特性的平移,而不影响分闸时间;增大永磁机构中动铁心的直径,会降低动触头的运动速度,并显著缩短整个分闸过程所需的时间,励磁线圈的电流也相对较小。相关的实验也验证了仿真结果的正确性。     

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。     

优化的永磁真空断路器合闸控制方法

为减小永磁真空断路器分合闸时间的分散性,改善其操作时动触头的运动特性,提出了变电压变输出能量(VVVE)优化方法。分析了开环控制时永磁机构的线圈电流特性,给出了电流的拟合方程及电流曲线的优化方法。在保持电容输出能量不变的情况下,通过类似改变储能电容初始电压(VV)的机制实现对断路器合闸时间的粗调。通过改变电容输出能量(VE)以及类似保持电容初始电压不变的机制实现对合闸时间的微调。采用改进型滞环控制的方法,控制线圈电流与参考曲线一致,实现了对断路器动触头运动特性的优化。基于上述方法设计了相应的控制器,在不同的电容初始电压下,对12kV永磁真空断路器进行了合闸实验。实验结果表明,优化后的合闸时间比原开环控制的合闸时间缩短了约4ms,且偏差≤0.3ms;动触头的刚合速度比原额定开环控制时降低了5%。因此,所提出的方法能够使合闸时间保持良好的一致性,加快了断路器的合闸过程,降低了触头碰撞能量,较大地改善了动触头的运动特性。     

基于虚拟样机技术的永磁机构真空开关运动特性研究

采用虚拟样机技术建立了一种单稳态永磁操作机构真空开关ADAMS仿真模型,结合M atlab实现了多场耦合仿真,完整真实地再现了永磁机构真空开关的合、分闸动作过程,获得动铁心及动触头的运动曲线。通过对永磁操动机构参数优化,减小了触头弹跳,获得了预期的分、合闸特性参数。     

真空断路器永磁操动机构的设计及动态特性仿真

提出了一种结构新颖的单稳态永磁操动机构。采用Ansoft10.0软件对该机构在不同条件下的三维磁场分布进行了计算与分析,证明了该操动机构的可行性。为了确定操动机构中各个部件的尺寸,对该操动机构的分、合闸动态过程中各个参数的变化规律进行了仿真设计。根据仿真结果加工成样机,并把该样机装配到真空断路器中。通过样机的试验数据,证明了所设计的永磁操动机构的可行性,以及分、合闸动态特性仿真的正确性和准确性。     

一种主从线圈励磁的永磁机构的优化分析

利用ANSOFT Maxwell 15.0软件对主从线圈励磁和双稳态的永磁机构进行仿真实验.实验表明,主从线圈励磁的永磁机构可改善双稳态永磁机构中存在的问题.对不同结构形式的主从线圈励磁的永磁操动机构进行仿真分析,得出比较优化的永磁结构.     

永磁操动机构动态特性计算与分析

永磁操动机构动态特性的研究涉及电、磁、机械耦合场的求解。该文在建立动态特性计算数学模型的基本上采用四阶Runge-Kutta法以及电磁场有限元方法同时求解电路方程、电磁场泊松方程以运动方程来研究永磁操动机械的动态特性，求解时既考虑了材料的非线性特性，又考虑了漏磁的影响。分别计算并分析了配双稳态、单稳态两种永磁操动速度等参数随时间变化的曲线，并进行了相关的实验研究。在实验过程中实测了开关触头的分、合闸速度、分、合闸线圈的电流波形。并将实测结果与理论计算结果进行了比较，结果表明计算结果是准确可靠的。     

断路器机械特性仿真分析

正在产品样机研发前期,对产品进行仿真计算,可提前了解产品性能,为后续改进及试验提供指导。建立了弹簧操动机构与断路器动力学仿真分析模型,研究了分合闸弹簧性能对断路器机械特性的影响以及分闸缓冲器阻尼对断路器分闸特性的影响,通过合理选取分合闸弹簧参数及阻尼系数,最终得到了满足要求的断路器机械特性曲线,验证了弹簧操动机构与断路器匹配的可行性。     

用于FES的电机直驱式操动机构设计研究

为克服现有快速接地开关受环境影响大等缺点,设计研究了一套电机直驱式操动机构。电机直驱式操动机构包括机械传动部分、电机主电路部分、用于控制的数字信号处理器(DSP)极其外围电路。电机主电路部分包括整流电路、电容储能电路、逆变电路。DSP采用TMS320F28335,其外围电路包括IGBT功率驱动板、电流采集电路、速度和位置采集电路。在MATLAB/Simulink中搭建了整个系统的控制算法,仿真结果表明设计的电机直驱式操动机构能满足FES合闸操作的要求,同时配置有该电机直驱操动机构的FES进行了特性试验,合闸速度满足参数要求,验证了该机构设计的正确性。