基于机-电-磁-流整体耦合的油阻尼断路器保护特性的容差设计

油阻尼断路器的主要特点是在电路发生短路、过载等情况时能够自动脱扣,断开电路,从而保护人员和设备的安全,常用于变电站等场所。文章在以往对油阻尼断路器油阻尼力、电磁铁静态特性、操作机构性能等研究的基础上,构建一个基于机-电-磁-流多体多自由度多场耦合的一体化虚拟样机整体耦合模型;接着对该整体耦合模型的保护特性进行了仿真与分析,通过仿真得到了不同电流倍数下动触头的分断特性,并通过实验验证了整体耦合模型和仿真结果的正确性;最后,为减小产品保护特性的分散程度,提高油阻尼断路器的稳定性,文中结合稳健容差设计技术,选取不同电流倍数下触头的断开时间作为目标函数,以极靴半径、细铁芯半径、粗铁芯半径、粗铁芯高度作为关键设计参数,通过正交试验和贡献率分析法对目标函数进行容差分配,使得触头断开时间的分散度比原来减少39.165%。研究成果将会对电器产品的研发提供理论指导。

油阻尼断路器触头系统电动斥力仿真及优化

在ANSYS中建立了油阻尼断路器触头系统的三维有限元模型,对其触头间的霍尔姆力和导体臂之间的洛伦兹力进行了仿真分析,得到其电流密度分布,磁感应强度分布,触头和触头臂的受力情况。通过理论值与仿真结果的对比验证了利用ANSYS求解电动斥力的可行性,并分析了影响霍尔姆力的主要因素,得到了霍尔姆力随表面接触系数、接触压力和材料硬度变化的规律。利用ANSYS对触头系统的结构进行了优化,可以在短路条件下得到更大的电动斥力,辅助油阻尼断路器的机构进行分断。

油阻尼断路器整体耦合模型特性分析及优化

改进了以往采用分离模型研究油阻尼断路器的方法,建立了油阻尼断路器的机—电—磁—流整体耦合模型,利用ADAMS分析了油阻尼断路器在不同电流条件下的动态特性,并通过实验验证了仿真模型的有效性。在此基础上以增大油阻尼断路器平均分断速度为目标,对模型进行参数化建模,对静触头的X、Y坐标,动触头臂处的扭簧刚度和初始力4个变量进行设计分析,得到每个变量单独变化时的断路器平均分断速度以及每个变量对分断速度的敏感度,然后利用优化分析功能对断路器分断速度影响较大的3个变量进行优化,计算3个变量在取值范围内不同数值时的分断速度,最后得到能达到的最大分断速度以及此时的变量值,从而提高了断路器的分断平均速度,优化了机构的分断能力。

基于整体模型的油阻尼断路器性能分析

利用三维建模软件Pro/ENGINEER建立油阻尼断路器整体模型;将模型导入到多体动力学仿真软件ADAMS中,修改各个零件的属性,对各个零件添加相应的运动副约束,对模型添加碰撞接触力、合闸力、油阻尼力、弹簧力、电磁吸力、柔性连接力等载荷,分析了在不同倍数电流情况下的铁心速度、铁心受力以及动作时间等多种动态特性;此外,还对分离模型中不能解决的铁心位置问题进行了分析,得到了不同电流下断路器分断时的铁心位置;通过将整体模型仿真结果、分离模型的仿真结果和实验结果进行对比,证明了整体模型比分离模型仿真结果更接近实际情况,减小了仿真的误差,而且整体模型的仿真能够提供分离模型不能提供的数据。这为油阻尼断路器的研究开发提供了新的设计手段。

油阻尼断路器触头间电动斥力分析

描述了利用三维有限元软件对油阻尼断路器触头系统的分析方法。利用电-磁耦合分析,对触头间的霍姆力和导体臂间的洛伦兹力分别进行了仿真分析,得到触头系统的电流密度分布、磁感应强度分布、触头和触头臂的受力情况。通过理论值与仿真结果的对比,验证了利用Ansys求解电动力的可行性,并分析了影响霍姆力的主要因素。通过仿真得到了霍姆力随表面接触系数、接触压力和材料硬度变化的规律,最后分析了霍姆力对接触电阻的影响情况。能为油阻尼断路器的优化设计提供依据。

基于正交试验的油阻尼断路器优化设计

油阻尼断路器的机构参数直接影响其动作时间。在满足动作时间要求的前提下,设计时应尽量减少阻尼油等工业品的应用。应用正交试验法对油阻尼断路器进行优化设计,以材料用量最少化为目标,动作时间要求为约束条件,得出各参数对动作时间的影响。最后,通过正交模型的分析计算达到预估动作时间的目的。

液压阻尼电磁断路器安/秒特性脱扣曲线的合理分段与应用

研究了液压阻尼电磁断路器脱扣器的结构功能、工作原理及动作特性。构建了函数曲线模型,结合了断路器应用过程故障模式,得到了安/秒特性脱扣曲线的合理分段依据。通过理论设计、工艺实施、测试验证、选型应用,验证了曲线合理分段的合理性及必要性。提升了液压阻尼电磁断路器的使用合格率及对设备的匹配性。

基于智能电流控制设备的直流配电网故障穿越方法

低压直流配电网常规低压配网开关的开断速度难以保障系统双极短路故障的快速隔离。在配电网中引入了智能电流控制设备,直流变压器低压侧配置改进直流阻断模块,在故障时阻断电源对故障点的短路放电,实现故障电流的快速抑制;馈线开关柜配置阻尼断路器,故障时高速开关快速分断投入阻尼电阻,增大短路回路的阻抗。该方法在馈线出现短路时,可快速隔离故障,故障隔离后通过改进直流阻断模块将电源重新投入系统供电,实现了系统的故障穿越。通过RTDS仿真验证了所述故障穿越控制策略的有效性。