电磁斥力机构数学建模.pdf

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1、船电技术I应用研究电磁斥力机构数学建模贺开华(海军驻湖南地区军事代表室，湖南湘潭411101)摘要：建立了电磁斥力机构的数学模型，在此基础上，对一组参数的电磁斥力机构分别进行了编程计算与软件仿真，仿真结果与编程计算结果非常接近，验证了数学模型的准确性。关键词：电磁斥力机构，数学模型中图分类号：TM561文献标识码：A文章编号：1003—4862(2013)12-0062-03MathematicalModelingoftheElectromagneticRepulsionMechanismHeKaihua(NavalRepresentativesOffi

2、ceinHunan，Xiangtan4101，Hunan，China)Abstract：Themathematicalmodelofelectromagneticrepulsionmechanismissetupinthispaper,andwiththemodel,theprogrammingcalculationandsimulationareaccomplishedrespectively．Theapproximateresultsverifiestheveracityofthemodel．Keywords：electromagneticrepul

3、sionmechanism；mathematicalmodel0引言随着电力系统的发展，中压直流区域配电因其固有优势而得到重视与研究。与此同时，中压直流断路器的缺失成为制约其发展的瓶颈。目前，大量研究的中压直流断路器主要为混合式断路器。该型断路器的关键技术之一为快速机械开关，其快速性对断路器的体积和成本有重要影响。电磁斥力机构具有触动时间短(百微秒级)、分散性小(微秒级)，可靠性高等优点，因此，目前在研究的混合式断路器中基本都采用电磁斥力机构。其原理示意图如图1所示a为励磁线圈，b为斥力盘，C为储能电容，储能电容对励磁线圈脉冲放电，与励磁线圈临近的斥力盘

4、感应出与励磁电流方向相反的涡流，从而产生电磁斥力驱动触头运动。电磁斥力机构的运动过程涉及到电磁场、涡流场和运动的多场耦合，快速准确地求解其运动过程是电磁斥力机构设计的重点与难点。日本三收搞日期：2013-09．24作者简介：贺开华(1966．)，男，高工。专业：电机电器。62菱电气、山东大学和华中科技大学等公司或高校己进行了一部分研究l卜31，本文主要从编程计算的角度出发，建立了电磁斥力机构的数学模型，并进行了仿真验证。图1电磁斥力机构的基本原理图1电磁斥力机构的数学模型电磁斥力机构的电路拓扑如图2所示。船电技术l应用研究1．1简化假设及参数描述a)励磁

5、线圈的电感为￡l，电阻为尺】；b)斥力盘等效为一匝线圈，其电感为￡2，电阻为尺2；C)线圈与斥力盘互感为M，其初始值为Mo。d)忽略线路的分布电感、电阻以及电容内阻。1．2运动过程建模机构在合闸位置时，斥力盘受到来自合闸保持机构的合闸保持力Fh，电容放电后，斥力盘受到的电磁斥力JFl从零开始增加，当电磁斥力F小于合闸保持力Fh时，斥力盘保持静止状态，这个过程称为触动阶段；当电磁斥力F大于合闸保持力Fh时，斥力盘开始向下加速运动，这个过程为斥力盘的运动阶段；在行程末期，缓冲装置对斥力盘提供缓冲，使其速度迅速下降，以减小分闸弹跳，保护真空灭弧室的波纹管，这个

6、过程称为缓冲阶段。由于在缓冲阶段动、静触头己达到必要的绝缘间距，对于开关灭弧性能影响较大的是触动阶段以及运动阶段的特性，因此本文仅对前两个阶段予以数学建模，分析该阶段的物理过程。a)触动阶段触动阶段时间一般是极短的，外电路还处于电容放电阶段，二极管组件相当于开路，其电路图如图3所示。图3所示电路可用微分方程组(1)描述：求解方程组(1)，可以得到励磁线圈和斥力盘等效线圈电流il(t)和i2(t)，斥力盘受力F由公式(2)计算，其中氅为斥力盘在初始位置时的互dx感对位移的变化率。然后根据方程(3)求解出斥力盘的触动时间tlo飞(f)+11(f)R1+厶鲁一

7、眠鲁=。11(f)_-c掣％鲁一乞鲁一12(f)R2=。％(0)=Vo‘(0)=0f1r0、=0图3外电路等效闰，(f)：jl(f)㈣华(2)axF(f)一E=0(3)t1时刻对应的励磁线圈电流值、斥力盘感应涡流值以及电容电压值以作为下一阶段的初始条件用于下一阶段的分析，它们分别为11=il(f1)、2i2(t2)和u2uc(t1)。b)运动阶段运动阶段根据二极管组件是否导通又需要分为两步进行求解。二极管组件导通之前，电路图没有变化，依然如图3所示，但是，与之前有所不同的是，互感M不是固定不变的，而是随斥力盘的运动而发生变化的。这个过程可以用微分方程组(

8、4)来描述：刚)+jl(f)RI+厶掣圳x)di优2(t)-dtdl一㈣掣v(f