文档介绍：西华大学
硕士学位论文
基于虚拟样机技术的永磁真空开关运动特性研究
姓名:刘林平
申请学位级别:硕士
专业:电力系统及其自动化
指导教师:方春恩
20100301
摘要关键词:永磁机构;动态仿真;真空开关的工作可靠性直接影响电力系统的运行稳定性和供电可靠性。影响真空开关可靠性的一个重要因素是操动机构的可靠性。近年来,一种电磁操动、永磁保持和电子控制的永磁操动机构受到了广泛关注。永磁操动机构由于取消了弹簧机构的脱、锁扣装置,采用永久磁铁进行终端位置的保持,零部件数目明显减少,工作时主要运动部件只有一个,可靠性大大提高,而且可以实现智能化操作。因此,开发永磁机构真空开关成为电力系统发展的迫切需要。目前永磁机构的研究工作报道很多,大部分研究是简单地基于电磁方程和达朗贝尔运动方程耦合来研究永磁机构动态特性,这样得到的结果仅仅是有关机构动铁心的运动特性,不能反映动触头的运动情况,尤其是触头弹跳参数无法获得,从而对开关能否可靠带负荷分合不明确。本文在应用有限元分析软件对永磁机构的静态磁场特性进行计算之后,引入虚拟样机技术,建立永磁操作机构真空开关真模型,并结合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,获得动铁心以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。西华大学硕士学位论文
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髀永磁机构国内外发展及现状位置的保持功能。永磁机构动作部件少,中间转换和连接机构也很少,这大大减小了动目前用于中低压开关的操作机构主要有电磁式和弹簧式两种。电磁操动机构在真空断路器发展初期得到了广泛应用。这是由于电磁操动机构较好地迎合了真空灭弧室的要求:一是行程短.,二是在合闸位置需要大的静态保持力。然而电磁操动机构也存在不容忽视的缺点:磁路电感￡在合闸过程中变化较大,产生反电势痙佣种屏撕险⑷谱槎缌鞯脑龀ぃ艺庵忠种谱饔盟孀藕险⑺俣鹊脑加而增强。这样,当绕组的稳态电流己经较大时,若想用进一步提高绕组稳态电流的方法来抵消这种抑制作用,常受合闸电源容量的限制。因此,采用电磁操动机构来提高真空断路器的合闸速度是有限的。另外,直流电磁操动机构合闸时间较长,电源电压波动对合闸速度影响较大。因此,传统电磁操动机构一般用于对分合闸速度要求较低的等级以及分、,弹簧操动机构采用手动或小功率交流电动机贮能,其合闸功不受电源电压影响,既能够获得较高的合闸速度,又能实现快速自动重合闸操作,在一定程度上克服了电磁操动机构的缺点。然而弹簧操动机构也存在完全依靠机械传动,零部件总数多的缺点。一般弹簧机构均有上百个零件,且传动机构较为复杂,故障率较高,运动部件多,制造工艺要求较高。近年来,一种用于真空断路器的永磁保持、电子控制的电磁操动机构虺朴来挪动机构甘芄刈ⅰS来呕雇üǖ绱呕褂胗谰么盘奶厥饨岷侠词迪执扯下菲操动机构的全部功能,其最大特点在于它无须传统的脱扣和锁扣装置即可实现机构终端作时间的分散性和不可控性,并且机构的所有动作都可电控,因此永磁机构为断路器实现本身的智能控制提供了可靠的操动机构。永磁操动机构的诞生主要是得益于稀土永磁材料钕铁硼瓼瓸姆⒄埂n咸鹩磁材料与铝镍钴和铁氧体材料相比较不仅具有较高的磁能积、较高的最大磁能积眦痬矫顽力痬西华大学硕士学位论文表永磁材料的性能比较材料铁氧体铝镍钴稀土永磁钕铁硼剩磁..一
矫顽力和剩磁,而且价格较铝镍钴永磁材料要便宜得多,在受到外界磁场和机械冲击后,较传统的永磁材料稳定,不易引起退磁现象,所以逐渐受到了人们重视。钕铁硼永磁材料性能如表所示。永磁机构是上世纪年代出现的一种新型操动机构,自问世以来,就得到了国内外开关行业的普遍关注。国外永磁操动技术的理论及应用研究开始于年代末,其中欧洲以英国及德国为代表。年英国曼彻斯特大学低及能量研究组为旧杓屏艘惶ㄓ来呕寡辉昵昂螅溆来呕沟恼空断路器在英国工业中开始应用;年,英国的公司进一步改进了永磁机构的结构,并开发出具有免维护功能的自动重合器并投入市场。与此同时,德国的疽沧隽艘恍┘际醺慕徊浇档土瞬僮髂芎模辏鹿腁开关设备公司介绍了他们最新研制的陀来呕拐婵斩下菲鳎⒂在汉诺威博览会上展出了样品,引起了各制造公司的极大重视。镜腣所配的永磁机构是一种双稳态双线圈结构,采用电容器作为储能元件,可以实现重合闸操作。,英国公司开发制造的用于中压开关装置的电磁驱动器也于几年前推向市场。继局螅馄渌恍┛9刂圃炱笠狄纷纷向市场推出了类似的产品,例如法国就瞥龅闹醒苟下菲饔玫氖欠对称磁力操动机构,以及究7⒊龅幕谟来呕沟耐街醒苟下菲鳌在汉诺威博览会