40.5 kV/50 kA真空开关用双层线圈式快速斥力机构驱动技术的仿真研究

对于高电压大开断容量的真空断路器,为了实现运动机构在长开距下的快速驱动,文中提出一种双层线圈式快速斥力机构来产生更大的电磁斥力,建立仿真模型模拟其运动特性。研究了金属盘厚度、线圈内径、线圈匝数和初始间隙等参数对快速电磁斥力机构运动特性的影响,结果表明:仿真结果与实验结果比较吻合,得出了一般性的设计指导原则。双层线圈式快速斥力机构能够快速动作,满足故障限流器快速开断电路的要求。分闸期间电磁排斥的上升时间非常短,下降时间相对较长,并且电磁排斥力的峰值很大。在此基础上,设计了一种新型排斥线圈放电电路,通过控制不同电容器的放电时序来驱动运动机构,不仅可以满足故障限流器开断电路的速度要求,而且电磁斥力峰值显著降低,很大程度上降低了对斥力机构机械特性的要求。基于本文电磁斥力机构的真空断路器,满足了高压故障限流器的开关装置要求。

适用于快速保护电器的涡流斥力机构多目标优化设计

针对新型电力系统建设中对快速保护电器分断快速性的高性能要求,提出一种基于多目标多参数综合优化的快速保护电器涡流斥力机构.在涡流斥力机构工作机理分析的基础上,采用Maxwell进行机构有限元仿真,分析影响机构运动特性的关键设计参数.在现有ABB-A95(AC3)型产品基础上,沿用96 A/380 V规格的双断点触头系统,结合触头运动平均速度快与分闸末速度小的综合目标,通过NSGA-Ⅱ多目标优化算法实现涡流斥力机构的最优结构参数求解.经仿真分析与样机实验,所设计的涡流斥力机构具有较好的保护分闸运动特性,可在分闸触发2.85 ms内实现20 mm满行程快速运动,最大速度7.95 m·s^(-1),末速度7.46 m·s^(-1).相较于ABB-A95(AC3)分闸时间减少约15 ms,并实现快速保护电器样机50 kA短路电流可靠分断.

石油管道脉冲远场涡流信号特征分析与处理

脉冲远场涡流检测相较于常规远场涡流检测可提供更多的时频信息以用于被测管道分析,因此脉冲远场涡流检测在石油管道内检测技术中具有更广泛的应用前景。通过分析管道内脉冲远场涡流检测信号的时域信息,得出电压负峰值更适合作为实际检测中缺陷分析的特征量,并且用基于脉冲远场涡流的检测仪器进行了测试分析与验证。通过ANSYS模拟实际有缺陷管道内的脉冲远场涡流检测,并提取电压负峰值作为特征量,得出当发射线圈处于缺陷位置时,检测特征信号亦会产生变化,出现伪峰。通过设置双检测线圈达到消除发射线圈附近缺陷对电压负峰值的影响,在分析中发现双检测线圈由于不同位置对电压负峰值的影响可以通过零均值归一化的方法消除。零均值归一化方法在脉冲涡流检测中的应用具有重要意义,其不仅可以消除线圈位置对检测信号带来的影响,亦将检测信号映射到统一尺度。所提出的方法通过ANSYS仿真和实际管道实验得到验证,提高了脉冲远场涡流技术在管道检测中的实用性。

基于电磁耦合双线圈模型电磁斥力机构结构参数的优化分析

针对现有电磁斥力机构等效计算方法无法有效应用的问题,提出了一种电磁耦合双线圈模型的等效计算方法。等效模型主要包括驱动回路与感应回路两部分,在基本电路方程之外,引入了电磁斥力与机械运动的计算。通过合理的简化,对等效模型中集肤深度、线圈电阻、线圈自感、线圈互感等参数进行辨识。在此基础上,以某型1 000 V/400 A电磁斥力机构样机为算例,采用时域迭代的离散算法较为系统地分析了两线圈内径、径向厚度以及斥力线圈匝数、轴向厚度等对机构效率和动子行程的影响规律。所得到的规律性认识可有效指导电磁斥力机构的优化设计。

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。

储能飞轮径向磁轴承设计

提出了一种新型的径向涡流斥力场磁轴承方案。通过对气隙磁场的分析,提出了双层永磁体的斥力场结构,从而降低磁场的法向分量,并增加产生回复力的磁场切向分量。设计了转子无偏移时内部零磁通的8字形闭合线圈结构,并对稳态及转子径向偏移时闭合线圈的受力情况进行了分析。分析结果表明转子存在很小偏移时,径向产生极大的恢复力。

双线圈涡流斥力快速操动机构的参数匹配与优化设计

针对低压系统网络结构复杂度与用户负荷容量的持续增加,对保护与控制电器操动机构的设计提出更高要求的问题,提出一种基于粒子群多参数综合优化算法的电器快速动作机构优化设计方案.采用双线圈涡流斥力机构代替现有低压交流接触器的电磁操动机构,实现低压开关电器的快速可靠分/合闸动作,使低压集成电器的控制与保护一体化.在双线圈涡流斥力盘结构参数匹配设置的基础上,利用粒子群个体与群体的迭代追踪能力,对分合闸线圈匝数、斥力盘厚度与斥力盘间径进行多参数综合寻优,以获得机构最优参数匹配.仿真测试表明,该优化设计实现了快速动作机构10 mm的分/合闸行程,且其分闸时间为1.63 ms,平均分闸速度为6.13 m·s^(-1),合闸时间为2 ms,平均合闸速度为5 m·s^(-1),其快速操动机构具有较好的动作特性.

双线圈吸引式板件电磁成形过程中的涡流竞争问题

电磁成形是利用脉冲电磁力实现轻质合金快速塑性成形的一种高能率加工技术,可显著提高材料的成形极限并改善成形性能。吸引式电磁成形则是其中的一种独特应用,利用两种不同脉宽的电流驱动同一线圈来产生吸引式电磁力,适用于板件凹痕修复、微小管件成形等领域。单线圈结构对两种电流的参数匹配要求非常严格,且能量利用效率极低。为解决这一问题,该文提出两种电流各自驱动一个线圈的双线圈结构吸引式电磁成形方案,并进行仿真验证。然而研究过程中发现,双线圈结构带来新的涡流密度竞争现象,将会引起成形缺陷。为了消除这一缺陷,该文进一步研究涡流竞争产生的原因和机制,最终通过调整线圈的结构参数,在直径200mm的AA1060-H28铝合金板件双线圈吸引式电磁成形方案中,消除成形缺陷。相关研究结果能够加深对吸引式板件电磁成形过程的理解,对于拓展电磁成形技术在板件加工上的应用具有重要意义。

双线圈结构电涡流位移传感器的设计

根据电涡流检测原理,采用双线圈结构设计电涡流位移传感器探头,并结合由信号源、直流电源、信号处理和显示等模块构成的测量电路进行实验.实验结果表明,双线圈电涡流位移传感器具有输出信号稳定、抗干扰能力强、测量精度较高、电路简单、成本低等特点.

高压直流继电器双线圈涡流斥力机构仿真优化设计

采用双线圈涡流斥力机构取代传统电磁机构,提高触头分断速度,减小电弧侵蚀,同时减小闭合弹跳。对双线圈涡流斥力机构进行仿真优化设计,为设计新型高压直流继电器提供基础。利用解析法分析涡流斥力机构参数对动态特性的影响,利用Ansoft Maxwell软件建立涡流斥力机构二维数学模型,与MATLAB软件结合进行联合仿真,将布谷鸟算法引入优化设计中,得到涡流斥力机构的最优参数,优化后的涡流斥力机构具有更好的动态性能。

一种低压交流接触器控制技术研究

低压交流接触器的零电流分断控制技术对于接触器本身及主回路各项性能指标具有非常重要的意义。针对传统电磁系统固有特性的限制导致零电流分断控制方案的不足,提出采用涡流斥力机构的交流接触器进行零电流分断控制并加以技术实现。试验表明,涡流斥力机构驱动时间极短、动作速度快且一致性强,验证了涡流斥力机构的低压交流接触器零电流分断控制技术的有效性。

双层鞍形多极矩场电磁驱动结构设计

文章提出了一种新型的双层鞍形多极矩场电磁驱动结构,实现了抛体电枢的直线推进和自旋稳定。在该结构中,鞍形驱动线圈分为内外两层,内部的磁通密度增大,又由于三个对称垂直开槽的空心圆柱电枢扭转了一定角度,导致在电枢内外表面的涡流发生了很大的变化。因此,在电枢表面涡流和驱动磁场的相互作用下推动电枢同时做旋转运动和直线运动。仿真结果表明,双层驱动线圈分布结构与单层相比有更高的轴向加速力和更大的切向转矩,能量转换效率也明显提高。

快速真空开关的仿真与试验研究

为了协调快速真空开关运动速度和使用寿命之间的矛盾,采用电磁斥力机构与永磁操动机构相结合的操动方式,其间采用弹簧驱动,能够减轻运动质量,从而减小刚分时间。针对电磁斥力机构驱动动触头快速分闸到位后反弹到闭合位置现象,分析了涡流及合闸线圈环流产生的会削弱永磁铁的磁场,从而对电磁斥力机构的运动特性产生较大的影响。在此基础上提出了3种改进措施,并通过试验验证了措施的有效性以及实际应用的可行性。

永磁斥力组合驱动系统的试验研究

阐述了永磁驱动机构和电磁斥力驱动机构的优缺点,提出一种永磁斥力组合驱动系统,该系统充分发挥两种机构的优点,即把永磁驱动机构的稳定驱动力和电磁斥力驱动机构的快速响应时间有机结合起来,以期达到快速稳定的效果。经过样机试验验证,永磁斥力组合驱动系统相比单纯的永磁驱动机构能缩短1/3的时间,特别适合于开距较大的断路器。

新型故障限流器的设计与试验研究

为限制系统故障时的短路电流,设计了一种主要由新型电磁斥力机构和固态开关搭配组成的故障限流器,具有速度快、可控性好的优点,介绍了Ansoft Maxwell中搭建的电磁斥力机构和永磁机构瞬态场下的仿真模型,对分、合过程中的电磁场、位移以及速度随时间的变化情况进行了仿真分析。制作了快速操动机构样机,并通过电容充放电试验,结果与仿真较为吻合,从而验证了仿真方法的有效性和正确性,以及实际应用的可行性。