开关电器中永磁操动机构设计与仿真分析

【摘要】： 操动机构是开关电器的重要组成部分,它不但要保证开关电器长期动作的可靠性,而且要满足灭弧特性对操动机构的要求。永磁操动机构作为新一代真空断路器的动力操动机构,由于其具有零部件少、可靠性高、免维护、出力特性与真空断路器反力特性配合良好等传统操动机构所无法比拟的优点,而受到了世界各国的普遍关注。 本文主要针对开关电器中永磁操动机构设计和仿真进行了深入研究。首先介绍了国内外永磁操动技术的发展及应用现状,分析了永磁操动机构的应用前景;并对永磁操动机构的原理进行分析,总结了一些设计公式,给出了永磁操动机构控制电路设计方案。在此基础上,运用Visual Basic程序设计语言开发了操作简单、功能齐全、人机交互界面良好的永磁操动机构设计分析软件。本软件在功能上可以仅仅根据用户给出的几个主要技术参数要求,完全自动地进行永磁操动机构的结构参数设计、可变参数的机械零件和装配图绘制以及电子控制线路设计。 其次,应用本软件设计了一台12kV户外真空断路器用永磁操动机构,利用有限元分析软件Ansoft建立了永磁操动机构模型,对模型进行了静态特性和动态特性仿真,获得了断路器在充电电容放电激磁下的动态特性参数,并根据计算结果对断路器的动态过程从线圈电流、动作时间、触头速度、能耗等方面进行了分析,仿真结果符合设计的要求。 由于电磁推力机构具有在短时间内可以驱动负载快速动作的特性,使得它在快速开关研究方面引起了人们极大关注,因此本文对电磁推力机构进行了深入的研究,通过对电磁推力机构原理进行分析,给出了配永磁保持装置的电磁推力机构模型,并对其进行设计、仿真分析。最后,在此基础上进一步分析了影响电磁推力机构动态特性的主要因素,找到了这些因素对斥力大小及其作用时间的影响规律,为该类机构的设计提供了理论依据。