文档介绍：关于 69 千伏 SF6 气体绝缘断路器在打开状态下弹簧操作结构的动力学原理昆山科技大学机械工程系, . 箱 40-070 台南,台南市 701 ,中华民国台南市; 机械与自动化工程学系,国立高雄第一科技大学,中华民国,台南,高雄市 2001 年6月 27 日收到, 2002 年5月4 日正式接收摘要本文研究的 SF6 气体绝缘电路的弹簧式操动机构断路器在打开状态下的动态响应。对于作用于外力的单个自由度刚性机械系统,其运动可以通过一个二阶非线性微分方程来表示。本文中,使用矢量回路法来推导出弹簧式操动机构所有部分的动力学系数和重力中心。这里我们采用四阶龙格- 库塔法对此运动的方程式求解。分析结果显示,该断路器的开断时间为 秒,与实验结果仅仅存在 5 %的差异。本文对具有不同弹簧常数的断路器的动态响应进行了研究, 同时也对其断裂时间的效果进行了评估。已知其动态响应, 断路器的输入驱动转矩可以也可以从此运动方程计算得出。 2002 Elsevier 科技公司保留所有权利。关键词:断路器; 动力学; 运动方程; 运动系数一、介绍一个断路器可以手动打开和关闭, 也可以自动打开以保护导体或设备在电流短路状态下温度过高引起的损害[1] 。一个断路器的基本设计必须要考虑的几个要素是绝缘材料,导热,导电性等。而对于六氟化硫( SF6 ) 气体绝缘断路器来说, 另一个非常重要的必须要考虑的要素是 10 毫秒的截断时间, 以避免长时间燃弧过热导致的移动熔化和固定接点熔化。一个断路器的高速启动和迅速分断对其运行机制所有成份的要求在于紧凑, 耐用和安全以承受输入电源的供应, 这样在系统崩溃的情况下, 它们的功能也能完整达到运行要求。六氟化硫对于高电压电流应用方面是一个很好地气态介质。它已被广泛地应用于电力行业诸如高压断路器及高压电力的开关设备。六氟化硫( SF6 ) 的一些优秀特质: 高介电强度, 独特的弧形淬火能力, 优异的热稳定性和良好的导热性都在电力行业得到了理想的运用。断路器的操作机构根据动力源可分为三种类型,即, 气动, 液压和弹簧。液压与气压主要用于需要高操作力高电压等级的断路器。然而,对于中小型的断路器,通常使用弹簧做为其动力源操作。近年来, 弹簧操作的电路断路器在较少使用操作力方面得到了很大进步, 这使得在一个时期内, 这类电路断路器将不可避免地扩大应用。一般分析和使用断路器打开状态下的动态响应是借助于计算机辅助设计模拟程序包的。 Root and Ragsdell[2 提出一个断路器模型即在机构运动非线性不等式中的目标函数采用分段时间, 连杆应力和断路器能源来约束。目标函数和约束条件的计算借助于电脑集成机制方案( IMP )。我们通过创意机构设计法来研究住宅( 110/220V ) 断路器的结构合成。创建 ADAMS 模型进行优化,仿真和分析这种运行机制。此模型中,输入常数是被测定的, 动态分析由机构的表现组成。断路器的动态响应, 也可以采用多体动力学进行分析[4,5] 。该方法在分析复杂机制的动力学方面是特别重要的[6-9] 。基本上,多体系统是刚性机件的组合, 该组合产生由于条件限制引起的相对运动。在多体动力学中, 拉格朗日方程通常被用来推导出一组用数值方法求解后的二阶非线性微分方程。然而, 差分方程的数目随着其复杂性的日益增长成倍增加。不仅推导过程变得繁琐, 计算时间也在求解这些方程的数值时显著增加。对于一个刚性的机械系统的自由单一度, 其运动方程可以表示为一个二阶非线性差分方程[10-12] , 即拉格朗日方程的一种特殊形式。一般而言, 大部分机构具有一个自由的单一度, 它们的动态响应可以表示为不要求推导一组微分方程的运动的一个方程, 因而很容易能够通过数值法求解出来。本文推导出怎样使用动态方程对弹簧式操作机构断路器的动态响应进行求解。根据定义, 各机械部件的动力学系数及它们的重力中心被推导出来从而可以得到运动方程的系数。该方程采用四阶龙格- 库塔法求解并与实验结果进行了比较。一旦已知断路器的动态响应,输入驱动转矩也可以从运动方程计算出来。 2 、弹簧式操作机构图: 图1 示出一 69 千伏 SF6 气体绝缘断路器,图的顶部是断续器,底部的弹簧式操作机构。其工作原理说明如下: (1) 关闭操作:在关闭操作中,电力是通过一个合闸线圈传入,然后吸引衔铁再松开闭合锁。这时,合闸弹簧松开应变能去旋转的摄像头,从而驱动连杆机构。联接灭弧室的链接向下被迫压缩合闸弹簧, 封堵了灭弧室。同时, 打开操作的跳闸簧被压缩。(2) 合闸弹簧的存贮操作:闭合操作后,凸轮触发电机开关随之运动。这一链接反应启动一个电机电流去摇动曲柄摇杆机构为其棘爪绕其枢轴棘轮时提供动力。因为凸轮和棘轮是同轴的,闭合弹簧就是这种压缩。(3) 打开操作: