基于电磁斥力原理的高速触头机构仿真分析.pdf

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1、2011年8月电工技术学报VO1．26NO．8第26卷第8期TRANSACTIONS0FCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYAug．2011基于电磁斥力原理的高速触头机构仿真分析与设计江壮贤庄劲武王晨刘路辉戴超(海军工程大学电气与信息工程学院武汉430033)摘要为了分析电磁斥力机构主要参数对斥力机构作用效果的影响，以指导基于电磁斥力原理的高速机械触头机构的设计，在对电磁斥力机构工作原理进行细致分析的基础上，推导出斥力的计算方程。采用有限元仿真计算的方法分析了不同机构参数对电磁斥力的影响规律，为优化设计提供依据。设计了基于电磁斥力原理的高速机械

2、触头机构样机，样机的实验结果验证了仿真分析正确、可靠，同时表明该机械触头的初始分离时间为220gs，能够满足混合型限流断路器对高速机械触头机构快速动作、高速运动特性的要求。关键词：高速机械触头电磁斥力机构有限元仿真混合型限流断路器中图分类号：TM561SimulationAnalysisandDesignofaHighSpeedContactMechanismBasedonElectro-MagneticRepulsionMechanismJiangZhuangxianZhuangJinwuWangChenLiuLuhuiDaiChao(NavalUni,cers

3、ityofEngineeringWuhan430033China)AbstractTheeffectofdifferentparametersontheelectro—magneticrepulsionmechanismisanalyzedinordertodesignaneffectivehighspeedcontactmechanism．Themathematicalmodeloftheelectro-magneticrepulsionmechanismisestablishedandfiniteelementssimulationsoftwareisused

4、tocalculatetherepulsionforceoftheelectro—magneticrepulsionmechanism．Simulationresultsshowtheeffectofdifferentparametersontheelectro—magneticrepulsionmechanism．AhighspeedcontactmechanismisdesignedforDC320V／3kAhybridswitch．Experimentalresultsshowthatthemechanismisabletoseparatewithin220

5、gs．Itmeetsthedemandofhybridswitchforhighreactionspeedandhighmotionspeed．Keywords：Highspeedmechanicalcontact，electro—magneticrepulsionmechanism，finiteelementssimulation，hybridcurrentlimitingcircuitbreaker上升率短路电流，要求它必须具备高反应速度及动引言作速度，能够在短路故障发生初期切断故障电路。由高速机械触头与功率半导体并联组成的混由于功率半导体器件的动作速度极快，

6、因而机械触型限流断路器具有通流容量大、关断速度快、限头机构的反应速度成为制约限流断路器性能发挥的能力强等优点，是新型限流断路器发展的一个主瓶颈。同时限流断路器在切断短路电流时触头两端方向”。在混合型限流断路器中为了限制、分断会出现远大于系统电压的瞬时过压，因此要求机械触头能够获得尽量大的初始速度，尽早形成绝缘间隙。国家自然科学基金(50877078)和湖北省杰出青年基金(2007ABB001)资助项目。基于电磁感应涡流原理的电磁斥力机构具有机收稿日期2010-05—18改稿日期2010-08—19械延迟时间短，初始运动速度快的优点『2_，特别适箍26誊第8期江壮贤

7、等基于电磁斥力原理的高速触头机构仿真分析与设计173合用于驱动机械触头高速分闸，已被广泛应用于混脉冲电流，该电流在斥力线圈周围产生脉冲磁场，合式直流限流断路器、真空直流断路器、新型位于斥力线圈正上方的斥力金属盘由于脉冲磁场的超导限流器¨u】等电力系统的限流保护设备的高速作用形成感应涡流，且方向与斥力线圈中的电流方触头驱动机构中。向相反，因而感应涡流所产生的磁场与线圈产生的文献[11]运用电路理论和传输线理论推导出使磁场方向相反，从而在斥力线圈与斥力金属盘问产电磁斥力机构效率最大化的运动部件特征质量的计生巨大的电磁斥力，推动运动部件高速运动。算方程，并通过仿真分析指

8、出实际工程