直流快速开关高速斥力机构运动特性分析

高速斥力机构是混合式直流断路器快速开关的核心部件,对于混合式直流断路器的故障分断时间和分断性能有重要影响。为此,针对直流快速开关运动特性开展研究,基于有限元分析方法建立了高速斥力机构的场路耦合瞬态动力学数学模型,计算了基本参数包括驱动回路参数、斥力盘结构参数、外壳参数等因素对其运动特性的影响规律。仿真结果表明：增加驱动回路电容和电容预充电压可以有效地增加电磁斥力和分闸速度;线路电感增加会造成电磁斥力峰值时间推迟,进而导致电磁斥力和分闸速度减小;斥力盘厚度小于4 mm时,分闸速度随着斥力盘厚度增加而增加,斥力盘厚度超过4 mm时,增加趋势趋于平缓;斥力盘半径在65-85 mm时,分闸速度随着斥力盘半径增加而增加,斥力盘半径超过85 mm时,增加趋势趋于平缓;相比于铝制外壳,采用钢制外壳,分闸速度更快;钢制外壳下运动特性对外壳距离不敏感,铝制外壳下分闸速度随着外壳距离增加而增加。基于仿真结果,搭建了直流快速开关运动特性测试平台,通过对比仿真和实验结果,验证了方案和模型的可行性。

微型高速电磁斥力机构设计

为设计一款微型高速电磁斥力机构样机,通过有限元方法将电磁场、结构力场、电路耦合求解,研究斥力线圈匝数、斥力盘结构参数对运动部件运动特性的影响,提升机构效率;同时对运动部件进行应力分析,通过结构优化保证机构的机械强度。研究结果表明:增加斥力线圈匝数,可以增加运动部件速度,提升机构效率,但增速变缓;增加斥力盘厚度,会降低机构速度,但可以减小斥力盘应力;采用"铜-铝"复合盘结构,可以增加斥力盘运动速度,并减小斥力盘应力;采用内外侧厚度不等的斥力盘设计可以大幅度减小斥力盘应力,同时不降低机构效率。最终所设计的不等厚"铜-铝"复合盘结构,可以使得机构在2 ms内位移达到12.3 mm,且铜盘和铝盘的最大等效应力均小于该材料在动态冲击下的屈服强度,并留有一定的安全裕度。最后根据仿真参数设计工程样机并试验,仿真与试验结果具有良好的一致性,验证了有限元模型的正确性和设计的可行性。

新型高速触头驱动机构的分析与设计

针对新型混合型限流断路器对机械触头机构的要求,设计了一种基于高速电磁斥力机构和永磁机构的新型高速机械触头机构。该机构在故障保护时,电磁斥力机构和永磁机构联合动作,驱动动触头快速分闸。永磁机构完成正常工况下触头的分、合闸驱动,并且提供触头在合闸状态的合闸压力及其在分闸状态的分闸保持力。研制了额定320V/3kA的高速触头机构样机,对样机进行仿真及试验分析。结果表明:所设计样机初始分离时间为220μs,动触头完成20mm行程共用时7ms,触头平均运动速度为2.9m/s,其他各项指标也都满足混合型限流断路器要求。

涡流快速斥力机构的原理与分析

简要介绍了高速涡流斥力机构的原理；以此为基础将涡流斥力机构应用于快速接地开关，并进行了实验验证，比较了几个影响因素对整个机构的影响，并得出相应结论。