基于ANSYS的高速斥力机构的分析与实验

段4 已经有应用 真空接 触 灭 弧 室 与 斥 力 机 构 制 成 的 快 速转换开关的报道
r + s -r t s
但是将斥力机构应用于高压 7
断路器的研究还很少 7 影响斥力机构在高压断路器上的使用主要有两个
电气开关 j i $ 2 0 0 ; ^ ^ 9 ’ SH
9 1
条件下涡流场完整表述可归结为 ! , & "#$ "#&’ ("$ ")&’ *+ *+ ". /0 % % , $ 1 ’ , & ". ’ /0 ")$ (+ (+ , "#$ "#&’ ("$ ")&’ /3 % % 4 其中 ! 在涡流区 6 在非涡流区 $ 1 ’$ 2 ’ $ 5 ’ $ 2 ’ $ 5 ’
& s -r . s 在 中低压系统 r 此类研究还处于起步阶 7 在国内 4
& /01 21仿真分析的基本理论与模型
-/ 法 /01 21涉及 涡流 场的定 解 问 题 可 由 /4 u 解决4 它 是把涡流 场的场 域 分 成 涡 流 区 和 非 涡 流 区 两 部分 4 在 涡流区 采用矢 量磁 位 / 和标 量电 位 u作 为 未 知函数 4 在非涡流区只用 / 作未知函数 7 在给定的初始
38 J F E n O E ; f >I J H M EA F @ Q @ ; L? I O F f EI J H M EGE H < = D = < H E@ ?<Q < F @ < l = E< = I ; Lm@ H MH M EH @ GE M EJ @ ; @ H EE = E GE ; H < ; < = > ? @ ?
电气开关 > = ? % , , ; $ $ ( 5 @A
发生了变化 ! 同样 ! 半 径 的 取 值 也 存 在 极 值 点! 使得斥 力最大 " 并且随着外部电阻的增大 ! 这个极值点则基本 保持稳定 ! 总与金属盘的半径基本相同 ! 因此不会引起 斥力的作用时间和上升率的变化 " 虽然 ! 线圈盘的高度 & 匝数和半径使得斥力最大的 极值点会随外部电阻变化而变化 ! 但是 ! 随着外部电阻 的增大 ! 所受的斥力数值却会大幅下降 " 另外 ! 当金 属 盘 和 线 圈 盘 半 径 等 长 度 变 化 而 线 径 的宽度不变时 ! 其取值也会存在一个极值 ! 使得斥力最 大! 但是当外部电阻增大时 ! 这个极值点也有增大的趋 但是斥力上升率也会相应变小 " 以上分析均是通过 67 8 9语言编制的命令流程序
3j f O F F E ; H D F @ ; f @ D = E H @ ?M < F AH If < F F >I O H I Q E F < = = < ; < = > ? @ ?H IF E D O = ? @ I ;A F @ Q E F O ? @ ; LI F A @ ; < F >GE H M I Al E f < O ? EH M E ? I J H m< F E/01 21@ ? < A I D H E AH I< ; < = > o EH M EF E D O = ? @ I ;A F @ Q E F @ ;H M @ ? D < D E F < ; A? I GEJ O ; A < GE ; H < = = < m? < l I O H M I m
图 5 金属盘参数变化对斥力影响
图 5中 ! c 表示原始数据得到的斥力变化图 d e表 示金属盘半径比线圈大 : f 表示金属盘电阻率取 ]]d 2 ^ > (> )]d h 表示金属盘厚度为 2 g _ ]]C 曲线 e 与 曲 线 c 几 乎 重 合 6 当金属盘半径大于线 圈 半 径 后6 对 斥 力 的 影 响 很 小6 而半径小于线圈半径 后6 则会减小所受斥力 C 曲线 f 与曲线 c 对比表示金属盘取铝与铜时所受 力的对比 6 通过比 较 可 以 看 出 6 当 金 属 盘 取 铜 时6 所受 力的效果要比铝好 6 通过 分 析 发 现 斥 力 与 金 属 盘 的 电 阻率关系为 ! 金属盘电阻率越低斥力越大 C 曲线 h 与曲线 c 表示金属盘厚度取 2 0 ]] 与 1 ]] 的对比 6 厚度越大金属盘所受力越大 6 但是笔者在进行 寻优的过程发现 6 当金属盘厚度超过一定值时 6 再增大 金属盘厚度 6 对力的影响微乎其微 C 因此在设计时 6 满
" 引言
近 年来 4 一种利用涡流斥力原理制作的开关操动 机构4 由于其在 超短时 间 内 可 以 驱 动 负 载 快 速 动 作 的 特性4 使得它在 快速开 关 研 究 方 面 引 起 了 人 们 极 大 关 注 7 目前 4 日本 q 德国等对利用涡流原理设计的快速开 关 已经有了一定的进 展 4 并开发出了利用涡流斥力的 相关产品 7 其研究是把涡流斥力应用于混合开关方面 4 基本 模 型是有触点开关 和 无 触 点 开 关 的 混 合 4 一般用
E C D E F @ GE ; H ?< F EA I ; EH IQ E F @ J >H M E< ; < = > ? @ ?F E ? O = H ?mM @ f MM < Q E<L I I A? @ L ; @ J @ f < ; f EH IH M EA E ? @ L ; < H @ I ;I JH M E
图 2中 Z 1为线路附加电阻 6 1为电解电容器 6 1 [ \ 为与图 1中线圈耦合的线圈 6 为非纯电感线圈 C 本模型假 设 的 初 始 参 数 为 ! 金属盘与线圈半径均 为; 金属盘厚度 1 线圈厚度 5 线圈匝数 0 0 ]]6 ]]6 ]]6
线圈填充因数 0 线圈与金属盘电阻率$ 取紫 2 0匝 6 ^ = 6 (> 铜的电阻率 ’ 均为 1 相对磁导率为 1 ^ = : #1 0 _ )]6 6 电解电容容量 1 电压为 5 0 0 0 0 6 0 0 ‘ E aC
" " + # & 5 4h 6& 3i 41 M @ ; < M > ? @ f < =1 f @ E ; f E< ; A8 E f M ; I = I L >j ; ? H @ H O H E M E ; > < ; L8 E < f M E F k ? 0I F G< =
! B = E f H F I G< L ; E H @ fF E D O = ? @ I ;A F @ Q E F@ ?<; E m? I F HI JJ < ? H< f H O < H I FmM @ f M@ ?G< ; O J < f H O F E Al >E A A > /l ? H F < f H
31 H I@ GD F I Q EH M EF E D O = ? @ I ;J I F f E< F EJ I O ; AI O Hl >< ; < = > o @ ; L< ; AI D H @ G@ o @ ; LH M ED < F < GE H E F ?I J H M EA F @ Q E F I GE -Q 3 F E D O = ? @ I ;A F @ Q E F H IA F @ Q EM E < Q >= I < AM @ L M I = H < L E? m@ H f M 6 6 6 ! /01 21 E A A > f O F F E ; H F E D O = ? @ I ;A F @ Q E F pE >mI F A ? 关键点 ! 操动机构要提供比较大的力量以便应用于高压 " , 断路器 6 提高斥力机构的力量也可看作是提高在短时间 & , 内受力金属盘所受到的冲量 7 研究斥力机构就是要研 究如何提高整个过程的最大斥力和提高斥力的维持时 间7 本文将对以上两方面进行分析与讨论 7
-? /; < = > ? @ ?< ; AB C D E F @ GE ; H I J K@ L M D E E AN E D O = ? @ I ;P F @ Q E F : < ? E AI ;/; ? > ?
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5 分析结果
5 ^ 1 金属盘参数的分析 金属盘是 斥 力 机 构 中 的 受 力 部 件 6 金属盘的磁导 率一 定 要 取 相 对 磁 导 率 为 1的 金 属 6 斥力的产生很重 要的 一 点 正 是 利 用 非 导 磁 材 料 的 祛 磁 能 力 如 图 5所 示C
, & "A ’ /0 $ B ’ )$ (? (? 8 , @ 其中 ! 为电导率 6 为磁阻率 6 ? < 3 4 为源电流密度 C 只要在 7上规定 D的参考点 6 定解问题式中 & 和 D 的 解 答就是唯一的 6 这样 就 可 以 选 择 某 种 方 法 求 得 金 属盘的受力 C 本文采用虚功的方法 6 则可求得涡流斥力 ! / E 8 L , FJ , F F $ ’ * $ ’ $ 1 0 ’ M G H I G H I JM L M , 4 , 4
* " 3 3I 4P 4P P E D J B = E f H F @ f < = < ; AB = E f H F I ; @ f ? B ; L @ ; E E F @ ; L < = @ < ;g; @ Q E F ? @ H >I J 8 E f M ; I = I L > < = @ < ; 4 " # # 5 $ 4 , g; @ Q E F ? @ H > 1 M E ; > < ; L" h M @ ; <