电磁斥力机构设计方法.pdf

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1、船电技术l控制技术电磁斥力机构设计方法姜楠任志刚(武汉船用电力推进装置研究所，武汉430064)摘要：本文针对中压混合断路器对电磁斥力机构的需求，对一种较常用的结构形式，提出了设计方法与步骤，并在有限元仿真软件ansoftMaxwell中建模仿真进行验证，验证了设计的可靠性。关键词：电磁斥力机构设计方法中压混合断路器中图分类号：TM561文献标识码：A文章编号：1003—4862(2012)12-0062-03DesignMethodfortheElectromagneticRepulsionMechanismJiangNan，RenZhigang(Wuha

2、nInstituteofMarineElectricPropulsion，CSIC，Wuhan430064，China)Abstract：Adesignmethodandprocessfoacommonstructureoftheelectromagneticrepulsionmechanismusedinthemiddlevoltagehybridcircuitbreakerarepresented,andCOnfirmationismadebythesimulationtntheANsoFTMAXWELLKeywords：electromagneticr

3、epulsionmechanism，designmethod,middlevoltagecircuitbreaker近年来，随着对触头分断速度有极高要求的0引言中压混合直流断路器以及真空灭弧室的发展，电早在1972年，S．Basu就在公开文献中提出磁斥力机构得到了国内外学者越来越多的研究。基于涡流原理的电磁斥力机构[1]，其原理示意图日本三菱电气的学者和山东大学的李庆明等人分如图1所示，储能电容对励磁线圈脉冲放电，与别将斥力盘等效为一匝线圈和多匝线圈，推导出励磁线圈临近的金属盘感应出与励磁电流方向相了计算电磁斥力机构出力特性与运动特性的解析反的涡流，从而产生

4、电磁斥力。方法。华中科技大学的王子健对影响斥力机构出力特性的因素进行了研究L2J。前人的工作基本上都是在已知机构尺寸等参数的情况下进行的，属于电磁场的正求问题。而实际工作中，一般都是由对机构特性的部分要求来求解出机构的尺寸等参数，属于电磁场的反图1电磁斥力机构的基本原理图求问题。由于斥力机构的物理过程是一个涡流场该机构的突出优点是动作速度极快，触动时与运动耦合的复杂过程，影响斥力机构特性的因间在百微秒级，传统的弹簧机构、液压机构等都素很多，因此，斥力机构的反求过程是非常困难是毫秒级，但是行程较短，通常只有十几毫米。的，本文在总结前人的工作基础上，针对一类形由

5、于当时短路电流水平较低，常规的断路器足以式的斥力机构，提出了一种反求的方法。开断。因此没有得到重视与发展。1斥力机构的反求方法电磁斥力机构结构形式多样，外电路形式也收稿日期：2012．08．0l作者简介：姜楠(1988．)，男，研究生。研究方向：电变化多端，本文主要针对较常用的一种形式来进机与电器。行分析计算，推导出斥力机构的反求方法。62船电技术I控制技术1．1基本假设线圈与斥力盘的初始间隙X越小越好，受绝假设斥力盘与线圈均为扁圆盘形式，内外径缘因素影响，一般为3mm。斥力盘的外径与线相等，其结构形式如图2所示。外电路采用单一圈外径相等，这样效率最高。斥力

6、盘厚度越大，电容放电，外加一续流二极管，其拓扑机构如图则运动部件质量越大；厚度过小，会增大电阻而3所示，图中TVS为真空触发间隙。减小感应涡流，一般选择2倍趋肤深度即可。上述应用场合希望开关的刚分速度越高越好，即参数前3mm行程时间t3越小越好，对于储能电容来说，电容量越小、充电电压越高，则放电电流上升越快，斥力上升越快，因此，电容电压选择为系统电压5000V，如此也可以减少充电设备。图2斥力盘与线圈结构形式假设斥力盘按匀加速运动，由行程S和分闸时间。求出运动部件最终动能EK：E：一11，22ms"(1)：2fC口篆斥力机构将储能电容的能量转化为运动部件的动

7、能的效率刀一般为10％到20％，相对较大的电流上升率与较大的运动质量配合以及相对较小．图3外电路拓扑结构的电流上升率与较小的运动质量的配合都会导致2．1快速开关对快速机构的技术要求电能到动能转换效率较小L5J。此处由于刚分速度快速开关对机构的技术要求有很多，如刚分较大，要求电流上升率较高，而运动质量较大，速度、刚合速度、行程、分闸时间、合闸时间、因此，效率较低，初步选卵=l0％。根据能量守恒运动部件质量、分闸保持力、合闸保持力等等。定律，有如下方程：不同的应用场合，所关注的要求有所不同，本文1crl=、(2)所提快速开关主要用于中压混合直流开断中真空灭弧室的

8、分闸。由方程(1)和(2)求出电容量C=100gF。