基于永磁的高速触头操动机构仿真与分析

该 高速触头操动机构选用永磁体作 为磁源 ，通
过铁芯 、空气间隙形成的导磁通路在空气间隙中提 ３ 新型高速触头操 动机构 的解析计 算
供 了均匀的磁场 ，斥力线盘放 置在空气间隙中，通过 外接 的电容放 电回路产生高脉冲电流 ，于是根据安 培定 律 Ｆ＝ＩＢＬ，斥力 线 盘会 产生 垂 直 向上 的安 培 力 ， 驱动动触头高速动作 。
Ｅｑｕｉｐｍ ｅｎｔ Ｍ ａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．０１，２０１６
基 于永磁 的高速触 头操动机构仿真与分析
朱朝峰 ，吴振字
（海 军驻 武 汉 四三八 厂军 事代 表 室 ，湖北 武 汉 ４３００６１）
摘 要 ：本 文 结合 新 型 混合 式 限 流 断路 器对 触 头操 动 机 构 的要 求 ，提 出 了基 于 永 磁 的 新 型 高速 触 头操 动机 构 的 方 案 。分 析 了基 于永磁 的新型 高速触 头操动机 构的工作原理 ，在此基础上运 用 Ａｎｓｏｆｔ有限元仿真软件 对高速触头操动机构进行 了建模 ，分析 了新机构 的工作特性 ，并对新机构 的动作特性进 行 了仿真分析和 解析计 算 ，仿 真结果表 明新方案有效提 高 了机 构分闸的可靠性 。 关键词 ：永磁 ；高速触头 ；仿真与分析
图 １ 基 于 永 磁 的 新 型 高 速 触 头 操 动 机 构 的 ａｎｓｏｆ２２ 作 者 简 介 ：朱 朝 峰 （１９８４一），男 ，山 西 运 城 人 ，硕 士 ，助 理 Ｔ 程 师 ，研 究 方 向 ：舰 船 电力 电子 工 程 。
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《装备制造技术）２０１６年第 ０１期
能限流保护装置迫在眉睫。新型混合式限流断路器 进行建模 ，分析基于永磁 的新型高速触头操动机构
的研 制 正 是 在这 一 背 景下 提 出来 的 ，其对 海 军 现 代 的工 作特 性 ，并对 基 于永 磁 的新 型高 速 触 头操 动 机
化建 设 的重 大意 义不 言而 喻 。
构 的 方案 的动 作特 性 进行 仿 真 分析 ，通 过仿 真 结 果
为 了研 究 永 磁体 驱 动 机 构 的动 态 特 性 ，本 文 采 用 电磁场 有 限 元仿 真 软件 Ａｎｓｏｆｔ对 基 于 永 磁 的新 型 高速触头操动机构进行建模 。采用 Ａｎｓｏｆｌ的 ＸＹ二维 平面来建立其等效模型 ，图 １所示为提 出的基 于永 磁 的新 型 高速触 头操 动 机构 的二 维模 型 。
Ｂｖｓ．Ｈｆ０ｒＮｄＦｅＢ３８ ４
３．１ 基 本磁 路 公式
每一磁路 段的磁 阻 Ｒ是该磁 路段的磁位差 ： 舭 与该磁 路 段 中 的磁 通 之 比，即有 ：
新 型直 流 限 流 断路 器是 为 了满 足 舰船 电力 系 统 验 证该 方案 的 可靠性 。
短 路 限 流要 求 而设 计 的 一 种 高 速 限 流 开 关 设 备 ，与
传 统开 关 设 备相 比 ，其 解 决 了大功 率 电力 电子 器 件 ２ 新型 高速触头操 动机构仿真模 型的建 立与
在基于永磁 的新型高速触头操动机构 的方案设 计 中 ，永 磁 体 材料 为钕 铁 硼 ＮｄＦｅＢ３８，其 退 磁 曲线 如 图 ２所示 ，由图可知 ，该永磁体材料的剩磁为 １．２４Ｔ， 矫 顽 力 为一１× １０ Ａｍ～．钕 铁 硼永 磁 材 料 是 １９８３年 问世 的 高性 能 永 磁 材料 ，是 目前 磁 性 能 最高 的永 磁 材料 ，由于钕在稀土 中的含量是钐的十几倍 ，资源丰 富，铁 、硼的价格便宜 ，又不含战略物资钴 ，因此钕铁 硼永磁的价格 比稀土钴永磁便宜 的多 ，问世 以来 在 工业 和 民用 的永磁 电机 中迅 速得 到 推广 应用 。
１ 基于永磁 的新型 高速触 头操动机构
目前 电子 操 动 装 置 的发 展 有 了长 足 的 进 步 ，特 别 是 当新 型 永磁 操 动 机构 出现 后 ，使 得 电 子操 动 理 论 得 以在 电气开 关 方 面得 到 广 泛 实践 和应 用 。近 几 年 ，国外 一 些公 司如 ＡＢＢ公 司 、ＳＩＥＭＥＮＳ公 司都 相 继推 出了应 用 电子操 动技 术 的真 空断 路器 。在 国 内 ， 永 磁操 动 机 构 的技 术 也在 不 断 走 向成 熟 ，使 用 永 磁 操 动机 构 的单位 也越 来越 多 。
中图分 类号 ：ＴＭ３５１
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１ ６７２－５４５Ｘ（２０１ ６）０１－０２２０－０３
随着 舰 船综 合 电力 系统 概 念 的提 出 、舰 船 电力
本 文结 合 新 型混 合 式 限 流断 路 器 对机 械 开 关 部
推进 方 式 的改进 和 高 能武 器 的 出现 ，舰 船 电力 系 统 分的要求 ，结合原有机构高速触头操动机构完成触 将发生革命性 的变化 ，其地位将从辅助系统变成主 头分离动作的机构效率较低 的问题 ，提出基 于永磁
应 用 中 的通 态损 耗 问 题 ，并 且 克服 了断路 器 分 断 速 分 析 度 慢 和触 头 电弧 烧 蚀 的 问题 ，具有 良好 的 工程 应 用
前景。高速触头操动机构是新型限流断路 器中的核 心 部件 ，正 常运 行 时其 承 载额 定 电流 ，故 障 发生 时要 求其 快 速 分 断将 电流 转移 到 并 联支 路 上 ，触 头 操 动 机构分断时的动作特性和电气特性对限流断路器 的 成 功限 流具 有重 要 意义 。
动力 系统 ，系统容量将 以几何 曲线上升 ，现有的舰船 的新 型高 速 触 头操 动 机构 的方 案 。首 先 分析 基 于 永
直流电力系统保护装备已无法满足系统发 生短路故 磁 的新 型高 速 触头 操 动机 构 的工作 原 理 ，在 此 基 础 障 时分 断 巨大短 路 电 流 的需 求 ，因而 研制 新 的高 性 上 运 用 Ａｎｓｏｆｔ有 限元仿 真 软 件对 高 速 触 头操 动 机 构