永磁操动机构磁场数值计算

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1、高压电器以年第期永磁操动机构磁场数值计算沈阳工业大学沈阳加林萃高会军沈阳华利能源设备制造有限公司沈阳的铁韧、,【摘要】本文提出了永磁操动机构的磁场计道将动铁芯保持在上下位置而不需要任何机械联,,。,算方法分析了计算结果和磁场分布并在此基础上锁当有动作信号时合闸或分闸线圈中的电流产。,、分析了永磁操动机构的动作原理生磁势动静铁芯中由线圈产生的磁场与永磁体产【叙词】操生的磁场叠加合成,动铁芯连同固定在上面的驱动动机构磁场数值计算川加,叫笋,,【。】杆在合成磁场力的作用下在规定的时间内以规定,。哪笋冲月的速度驱动开关本体完成分合

2、任务叨。公此叫笋面呼犯研,,【,八】坷吧玛笋比哈引言自年英国曼彻斯特大学系统与能量组为公司设计了第一台永磁操动机构模型起,永磁。机构就成了世界各国开发的热点永磁操动机构以、、零部件少结构简单可靠性高等优点受到越来越多。的关注国内不少断路器生产厂家和科研机构也已。开始着手开发研制永磁操动机构了解机构中磁场图永磁操动机构原理简图分布和动铁芯的受力情况对研制永磁操动机构具有一、一一静铁芯动铁芯一永磁体理论指导意义,为此,本文从场的角度提出永磁操动—分闸线圈丘一一合闸线圈驱动杆机构磁场数值计算方法,并计算了永磁操动机构模——,。型

3、的磁场分布进而分析了机构动作原理称题场永磁操动机构磁场计算方法机构结构原理由于有限元素法的几何剖分灵活,系数矩阵对、,、图为永磁操动机构的通用结构原理简图,具正定且可以较灵活地处理多媒质非线性等问,体结构则有所不同,如鸭开关设备公本文采用有限元算法来计算永磁操动机构的磁司采用方形结构,英国公司电磁场的经典描述是麦克斯韦方程组,本文采冷确下田采用圆柱,。形结构并将永磁体由静铁芯移到了动铁芯上如。用磁矢位进行磁场计算图所示,永磁操动机构有七个主要零件,其中静铁芯为机构提供磁路通道动铁芯是整个机构中唯一求解方程的运动部件永久磁体

4、为机构提供保持时所需要的由于机构中存在具有饱和效应的铁磁材料,磁。,动力导率拌系磁感应强度值的函数即当断路器处于合闸或分闸位置时,线圈中无电产产二产甲通流通过,永久磁铁利用动、静铁芯提供的低磁阻抗通高压电器年第期由麦克斯韦方程组可推得非线性磁场的偏微分人式得方程为产声。产。,甲、、一一」了生甲,一电流与磁场的基本关系表明任何磁场都可产。以认为是由分布电流产生的永磁体有两种电流模。式中为源电流密度拟方法对于圆柱形永磁机构,可采用轴对称场计①在永磁体区域内充满电流的模拟体电流。,,—算在圆柱坐标系下式可展开为模拟,、,、弋己己

5、己夕于‘吸了、产、产声、,②仅在永磁体边界上存在电流的模拟面电内︶︸只尸气只厂一只尸气一一只厂一一一一一。—产产流模拟边界条件为用体电流模拟永磁体可以考虑永磁体各向异性的磁特性,可全面考虑整个磁场对永磁体磁状态的影,、,。‘、,二二丁产一月响和永磁体本身的磁特性这与实际情况比较接近产己由于永磁操动机构中永磁体被均匀磁化,永磁对于方形永磁机构,忽略端面效应时可采用,二维平。,,体内部各点上的的大小及方向都相同永磁体面场计算在平面坐标系力下式可展开为内的等效体电流密度为零,而在平行于,的永磁,,,、,、己己夕体侧面上存在一层等

6、效面电流这是由于永磁体与口了、了产户、声、,吕一二丁气二十二了气一七二一’—’’—’产产,。其以外区域的交界面上出现不连续等效面二边界条件为电流可用面电流密度来表示工粤一拭赢产。式中从磁场强度的切向分量—。式中永磁体侧面外法向单位向量。边界法向方向的单位向量——在模拟永磁体的等效面电流层与其他媒质的交,。,采用二维场域计算时和均只有一个方向界处满足以下交界条件。的分量一己己一一”不云不硫了“,永磁体模型,、、、,对于方形永磁操动机构求解由由于机构中存在永磁体磁场计算首先要建立、,组成的方程组而圆柱形永磁操动机构。永磁体的数

7、学模型、、、、。,则求解由组成的方程组经预先磁化的永磁体不但具有剩余磁化强度,,而且还能被外磁场磁化,其特性满足电磁吸力的数值计算,群。群。,,在永磁操动机构磁场中作用在动铁芯上的电磁吸力可以通过计算包围动铁芯的任意表面式中刀永磁体工作点的磁场强度〔,—上的应力的面积分得到幻即万永磁体工作点的磁感应强度—尸二‘永磁体,丁丁韶的感应磁化强度是永磁体工—,。作点磁场强度的函数即图为计算动铁芯在磁场中受力的示意图,‘在动铁芯周围存在一层气隙单元在得出矢量磁义式中义,它与相对,永磁体磁化系数回复磁导位的离散值后计算电磁吸力的步骤如

8、下—。。率产之间存在固定关系产将式代确定包围动铁芯的积分表面在选择积高压电器刀年第期。一画出等位线图图为分闸过程中动铁芯处于。行程中不同位置时磁场的分布情况矛厂米厂万断,贬八万厂冲名怡舀吕二冶留卜石口醚魔馨羹欢户二解纂怂瓤曰瓤万齐《⋯、、积分表面⋯万万万分‘枯万举声万丫六义了声丫厂图机构处于保持位置时磁