基于adams断路器分断速度计算

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1、-基于ADAMS的断路器分断速度计算郑云林川德力西电气有限公司上海分公司上海201812摘要:本文通过对断路器机构骨架简图的建立，并借助ADAMS的多体动力学计算能力，提出一种能准确计算断路器脱扣分断速度的方法。关键词：断路器；ADAMS；机构骨架；分断速度ThebreakingspeedofcircuitbreakercalculationbasedonADAMSZhengYunLinChuanDELIXIELECTRICCO.,LTD.SHANGHAIBRANCHSHANGHAI201812Abstract:Throughestablishmechanismi

2、cskeletonofthecircuitbreaker,andwiththehelpofADAMSmulti-bodydynamicscalculationability,amethodcanaccuratelycalculatecircuitbreakerbreakingspeed.Keywords:Circuitbreaker;ADAMS;MechanismicSkeleton;Breakingspeed引言断路器的机构是断路器的核心部分，而机构的分断速度是机构的一个关键因素，该参数直接决定了机构的动作时间，关系到断路器在大电流作用下能否有足够的分断能力达到

3、保护其他电器的作用。由于该机构在分断时是由原先的四连杆机构变为多连杆机构，其复杂程度难以用人工计算得出准确的结果。但随着计算机技术的发展，美国MDI公司提出了多体动力学计算软件ADAMS，该软件很好的解决了断路器分断过程复杂的计算。本文就断路器机构的结构，通过建立机构骨架再结合ADAMS软件的计算能力，提出了一种通过验证能较准确获取分断速度和动作时间的方法。1、　机构骨架及各构件间的运动关系如图1所示是某小型断路器的机构骨架，其中AB为手柄，BC为二力杆，CD为跳扣,O’EF为锁扣，OD为支架，ON为触头，当前状态为断路器在合闸状态下的骨架简图，由于跳扣被锁扣锁住

4、，OCD为一个整体可以等效为一个杆件，并绕O点可以转动，整个机构ABCO就是一个处于平衡状态下的四连杆机构[1]。在手柄受到开闸力和扭簧T1影响的时候AB杆绕A逆时针运动，同时OCD整体被带动绕O点逆时针运动，整个四连杆机构过死点后(如图2点划线位置)会在G点撞击触头，最后在限位特征作用下.---呈稳定状态，实现分闸，如图2所示。该分闸过程是一个四连杆的变化过程，可以通过相关计算公式来计算，然而在大电流作用下产生的电磁力将EF点解锁时，跳扣CD和支架OD都为自由杆件，支架OD在压簧K和扭簧T2作用下绕O点逆时针高速运动在G点碰到触头ON实现分断，如图3所示，整个机

5、构由原来的ABCO四连杆机构变为ABCDO五连杆机构，在此过程中由于EF两点的限位作用的解除，机构将多出两个自由度，该五连杆机构为二自由度的多杆机构，其运动具有不确定性，计算非常繁琐，本文就此分断过程借助ADAMS的多体动力学计算功能来完成脱扣分断速度的计算。图1合闸机构骨架图2分闸机构骨架图3脱扣机构骨架.---2、根据机构骨架建模2.1导入骨架由于ADAMS本身CAD功能较弱，在此需要借助辅助软件PRO/E的CAD能力，根据机构各构件连接关系和尺寸，提取对应图1骨架的关键杆件长度，选定O点为坐标原点，在PRO/E草绘里用约束的形式将机构在合闸稳定时的骨架呈现出

6、来，如图4所示。将PRO/E里建立的骨架简图转化为x_t中间格式,必须选定O点坐标系，导入到ADAMS里，其主要目的为给ADAMS建模时提供关键点的位置。图4PRO/E骨架简图2.2ADAMS建模根据PRO/E导入的简图，用ADAMS里面连杆模型通过每个关键点来建立每个构件，由于要计算的为脱扣的分断速度，不需要建立锁扣，只要模拟机构从跳扣解锁瞬间到达到最大开距的整个过程。由于ADAMS选取系统内每个刚体质心在惯性参考系中的三个直角坐标和确定刚体方位的三个欧拉角作为笛卡尔广义坐标，用带乘子的拉格朗日第一类方程处理具有多余坐标的完整约束系统或非完整约束系统，导出以笛卡

7、尔广义坐标为变量的动力学方程,以这些动力学方程来建立运动副约束各部件的自由度。其动力学集成方程为[2]:（1）.---式中q为建立的广义坐标，T为系统广义坐标表达的动能，P为系统的广义动量；H为外力的坐标转换矩阵，F为外力，Φ(q,t)为约束方程,Φq为雅克比矩阵，λ为拉格朗日乘子，u为运动学关系方程。基于ADAMS计算原理，必须给定ADAMS计算所必须的质心、质量及转动惯量，用PRO/E分析质量属性功能可以获取每个零件质量及相对O坐标系的质心和转动惯量，见表1，必须保证ADAMS里和PRO/E原点坐标系都为O坐标系，才能保证数据一致。表1零件参数零件名称质量(g

8、)质心转动