塑壳断路器的脱扣器电磁机构仿真与优化

论文摘要

低压断路器作为低压配电系统中广泛使用的一种保护电器,因其使用量大而在配电系统中占有重要地位。低压断路器在正常情况下不频繁合、分电路或起动、停止电动机,在线路或电动机发生过载、短路或欠电压等故障时,能自动切断电路,予以保护,它由脱扣器、脱扣机构、触头系统和灭弧室等几部分组成。塑壳断路器作为低压断路器的一种,目前已被大量应用于低压配电系统的许多重要部门。脱扣器是塑壳断路器的关键部件之一。在某些电力系统中,一些断路器经常会工作在失压、过载或短路等非正常状态之下。此时脱扣器性能的好坏直接决定了断路器的保护特性。本课题以CM1-225L型塑壳断路器的过电流脱扣器为研究对象,建立了过电流脱扣器的全尺寸三维模型,通过在ANSYS中建立简化模型,对所建的模型进行电磁学仿真,分析数据并得到模型中关键部件所受电磁力的情况。并将使用Pro/E所建模型导入到ADAMS,综合运用电磁学分析中所得数据,对所建模型进行运动学分析,得出精确的仿真数据并且精制模型。利用精制后的模型进行参数化设计,对原脱扣器电磁部分的结构进行优化,以求缩短其反应时间。本课题对通过综合运用ANSYS、ADAMS、Pro/E、ANSOFT等分析软件以及三坐标测量仪对过电流脱扣器的动作时间与电流、重要部件尺寸的关系进行了研究。在基于分析过程的综合建模方面进行了初步探索,指出了初期测量、建模对后期分析、优化的影响。研究了系统出现短路电流时电磁机构的动作特性,部件尺寸尤其是线圈尺寸与电磁机构动作特性的关系。给出了可能进行优化的几个方面,并在对线圈的优化的方面进行了初步探索。本课题是结合河北省自然科学基金资助项目“电力系统保护电器可靠性理论与网络化技术研究及其应用”进行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1-1 引言
• 1-1-1 低压电器发展现状
• 1-1-2 低压断路器研究趋势
• 1-2 虚拟样机技术在研究中的应用
• 1-3 有限元法
• 1-3-1 有限元法的产生及发展
• 1-3-2 有限元法基本概念及其基本思想
• 1-4 本课题所做的主要研究工作
• 第二章 过电流脱扣器的测量和建模
• 2-1 概述
• 2-1-1 研究对象
• 2-1-2 过电流脱扣器的特性
• 2-1-3 短路电流分析与计算
• 2-1-4 建模方法
• 2-2 零部件的测量与建模
• 2-2-1 建模的前期分析
• 2-2-2 测量与建模
• 2-3 虚拟装配与导入分析软件
• 2-3-1 过电流脱扣器模型的虚拟装配
• 2-3-2 导入分析软件
• 第三章 电磁学与动力学分析
• 3-1 基于ANSYS的电磁分析
• 3-1-1 有限元软件概述
• 3-1-2 脱扣机构的电磁学仿真计算
• 3-1-3 不同气隙和电流下的电磁吸力计算
• 3-2 基于ADAMS的动力学分析
• 3-2-1 ADAMS软件概述
• 3-2-2 过电流脱扣器的运动仿真模型
• 3-2-3 运动仿真结果
• 第四章 过电流脱扣器电磁部分的优化
• 4-1 集肤效应对分析过程的影响
• 4-1-1 集肤效应的产生
• 4-1-2 集肤效应分析
• 4-2 关键参数的优化
• 4-2-1 关键参数的选择
• 4-2-2 参数的优化
• 4-2-3 优化结果分析
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 科研成果