虚拟样机技术在塑壳断路器电动操作机构设计中的应用

设计了一种塑壳断路器电动操作合闸机构,建立了合闸机构系统的动力学模型并给出能量方程表达式.在Pro/E软件中进行零部件的三维建模和装配,利用基于多体动力学原理的ADAMS软件进行机构运动仿真分析,得到了机构空载合闸时间约20 ms,而合闸时弹簧存在回弹振动且机构承受较大冲击的问题还需后续设计解决.仿真结果验证了合闸机构方案的可行性及设计的准确性.虚拟样机的仿真结果为后续优化工作提供了参考依据,也探索了一种适合塑壳断路器电操机构虚拟设计的有效方法.     

断路器单稳态永磁操作机构优化设计

为了提高电磁力、降低合闸功率及满足工作电压范围可靠分／合闸,以断路器中单稳态永磁操动机构为研究对象建模,及Ansys仿真分析其额定工作电压下电磁吸力。改进设计了永磁机构,以达到优化目标,为永磁机构的优化设计提供一定参考。     

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。     

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。     

快速机械开关机械特性和结构强度研究

电磁斥力机构是快速机械开关的核心部件,在快速合闸和分闸过程中巨大的电磁驱动力会给电磁斥力机构和整个机械传动系统带来强烈的瞬态冲击。针对该问题,文中对电磁斥力机构在合闸和分闸全过程中的机械特性和结构强度进行了研究。采用LS-DYNA建立快速机械开关的有限元仿真计算模型,并求解得到合闸和分闸全过程各零部件的机械运动特性和瞬态冲击强度。采用激光测距对某单断口快速机械开关进行了实验测量,得到合闸和分闸过程的时间—行程特性曲线,实验测量结果和仿真计算结果匹配良好。最后对仿真计算模型进行参数优化,从而降低合闸弹跳、分闸过冲与反弹并减少零部件内部的瞬态冲击应力。文中的仿真计算方法和所获结果能为快速开关的运动特性分析、瞬态强度校核和设计参数优化提供指导。     

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。     

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。     

直流断路器快速电磁机构分合特性研究

文中基于某轨道交通直流断路器的总体结构模型,设计了一种快速电磁操动机构,对其结构和工作原理进行了阐述。基于电磁场分析理论,利用有限元分析软件ANSYS对电磁机构的静态特性进行了仿真分析,得出了在合闸状态下磁场分布和动铁心所受电磁吸力情况,并对其影响因素进行了分析。然后对电磁操动机构在不同电流条件下的电磁吸力随气隙变化进行了仿真分析,得出了机构空载条件下的动态输出插值数据。最后建立直流断路器动力学分析模型,借助动力学分析软件ADAMS,将建立的动态离散数据导入其中,对直流断路器动态分合特性进行了仿真,得出了机构分合机械特性曲线,结合试验样机测试结果进行对比分析,验证了整个直流断路器电磁与机械特性耦合分析计算方法的正确性。     

CT20弹簧操动机构的合闸振动研究

CT20弹簧操动机构因其一系列优点,被广泛使用在126 k V电压等级的断路器上。随着开断能量的增大,CT20机构原有设计参数可能无法满足更高容量断路器的需求,如果没有采取对应的措施,那么机构合闸过程中合闸保持掣子的振动可能会造成合闸动作失败。针对这一问题,笔者基于合闸保持过程中合闸保持掣子的振动作为研究点,开展机构合闸过程的动力学仿真分析,然后利用试验手段,以高速摄影机为主要设备,拍摄并记录合闸过程中的合闸保持掣子振动,最后结合仿真与试验的研究结果,分析合闸保持掣子振动对合闸性能的影响,同时提出减小合闸保持掣子振动的方法。从文中研究可以得到:一般而言,CT20弹簧操动机构的合闸保持大小掣子的振动时间持续10 ms左右,该时间段为合闸保持成功与否的关键;合闸保持大掣子振幅系数为7.6%,合闸保持小掣子的振幅系数为28.6%;振幅太大或者振动时间太久,均可能会造成合闸保持的失败。     

配永磁机构的真空断路器同步分合闸控制系统设计与实现

为减少电力系统中断路器投切无功补偿电容器组时产生的电磁暂态效应,研究了一种配永磁机构的真空断路器同步分合闸控制系统;给出了中性点不接地星形方式连接的并联电容器组的同步分合闸控制策略,以数字信号处理器(DSP)为核心设计了同步分合闸控制系统的原理样机,给出了同步分合闸控制算法流程.通过分析影响永磁机构动作时间的因素,研究了同步分合闸控制的关键技术,包括设计FIR数字滤波器以准确提取系统电压电流过零点、径向基函数神经网络(RBF)预测控制、机构老化与触头磨损的自适应补偿控制等.最后给出并分析了同步分合闸控制精度的实验结果.实验结果表明,同步分合闸操作时的动作分散性基本保持在±0.5 ms以内.