单稳态永磁机构动静态特性的研究

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在配电网电压的等级中,12kV的断路器占有重要的地位。目前这一等级的断路器的操作主要还是以弹簧操动机构为主,这种机构的零件数量较多,传动设计较为复杂且加工工艺要求较高。近年来,随着近代电子技术的发展,永磁机构作为一种新型的断路器操动机构,以其零部件数量少、动作简单可靠为特点,越来越受到电力生产运营部门的关注。本文提出了一种具有一定分闸保持力的结构新颖的单稳态永磁机构。  本文的研究对象是12kV户内高压永磁真空断路器的实际产品所使用的永磁操动机构,在对永磁真空断路器的结构进行简要的介绍后,详细地从磁路的角度对永磁机构的工作原理做了解释,在对永磁机构的永磁磁场的数值计算的原理和求解方法做了研究的基础上,也给出了永磁机构的电磁吸力的有限元计算方法。结合有限元分析软件Ansoft Maxwell对永磁机构的在永磁体单独作用时以及在永磁体和激磁线圈共同作用时的永磁磁场做了静态仿真,并从磁场分布的角度做了原理性的研究与解释。还对永磁机构动铁芯位置变化时,对永磁机构电磁吸力的变化和线圈电感参数的影响的结果做了分析。  通过对永磁机构的数学模型的简要分析,得到了组成永磁机构动态过程的耦合方程。在对户内高压永磁机构的传动结构进行了静力学分析的基础上,给出了求解永磁机构动铁芯侧的等效质量的方法,并对传动结构对断路器整体反力的影响做了详细分析。再通过有限元软件Ansoft Maxwell的瞬态磁场的求解功能对设计的永磁机构做了仿真分析,给出了永磁机构的动态仿真结果,并作了详细的结果分析。还对永磁机构的激磁电路的参数进行了正交优化设计,优化结果表明是有利于提高断路器线圈操作电流的。  最后对实际制造的样机的进行结果测试,使用机械特性测试仪测得断路器的灭弧室侧的动触头端的机械特性,使用示波器测得永磁机构的线圈电流的分闸和合闸时的电流变化曲线。测试结果表明,所设计的断路器的永磁机构是符合技术参数要求的。验证了该种永磁结构的设计是正确的、可靠的,具有实际可行性。
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