直流5 kA电磁斥力驱动式高速触头操动机构动作可靠性的优化设计.pdf

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1、船电技术l控制技术直流5kA电磁斥力驱动式高速触头操动机构动作可靠性的优化设计武瑾，庄劲武，王晨，江壮贤(海军工程大学电气工程学院，武汉430033)摘要：额定大电流的电磁斥力驱动式触头操动机构难以实现工程化，论文从减小电磁斥力、增强材料强度、提高机构工程可实现性等方面考虑，提出了增大驱动电容减小预充电压、斥力线圈放电回路中串联电感、优化斥力线圈结构参数以及采用电导率较小、相对磁导率较大的钢材作为斥力线圈支撑板等的优化方案。仿真和试验数据表明：在斥力线圈放电回路中串联电感，不仅保证了驱动电容的体积尽可

2、能小，有利于工程应用，也极大地降低了脉冲斥力对机构的机械冲击，提高了机构的动作可靠性，有效地延长了其机械寿命。关键词：大电流电磁斥力可靠性优化工程化中图分类号：TM561文献标识码：A文章编号：1003—4862(2013)10．0001．05ReliabilityOptimizationDesignofDC5kAHigh·speedContactsOperationSystemDrivenbyElectromagneticRepulsionMechanismWuJin，ZhuangJinwu，Wan

3、gChen，JiangZhuangxian(DepartmentofElectricalEngineeringofNavalUniversityofEngineering，Wuhan430033，China)Abstract：／tisdifficulttorealizeengineeringofhigh—speedcontactsoperationsystemdrivenbyERMbasedonhighrated-current．Inconsiderationofrepulsiondecrease,m

4、aterialsstrengthenhancementandthesystemengineering,fouroptimizationdesignsareputforwardinthispapersuchasincreasingthedrivecapacitanceanddecreasingthepre—chargedvoltage,connectinganinductorinseriestothecoildischargeloop，optimizingthecoilstructureparamete

5、rsandapplyingthesteelwithsmallconductivityandbigrelativepermeabilitytothecoil．supportingplate．Simulationandtestdatashowthataninductorconnectedinseriestothecoildischargeloopisabletoimprovethesystemreliabilityandengineering。Keywords：绷咖current,"repulsionfo

6、rce,"reliability,,optimization；engineering0引言在地铁、轻轨、船舶等直流电网中，随着系统容量的不断增大，一种将机械开关与固态开关相结合的混合型直流限流断路器孕育而生。机械开关承担稳态通流任务，系统发生短路故障时，机械开关分断的同时导通固态开关，电流从机械开关换流至固态开关，由固态开关分断短路电流【l。J。固态开关无弧且动作迅速，为了快速抑制短路电流的上收稿日期：2012．11．23基金项目：国家青年科学基金项目(51207166)作者简介：武瑾(1984一)，

7、女，博士生。研究方向：舰船电力系统安全运行。升，需要缩短机械开关的响应及刚分时间，提高动触头运动初期的分闸速度。因此，基于涡流感应原理的电磁斥力机构逐渐取代了传统的操动机构。这种新型高速触头操动机构与固态开关配合使用，可以有效地提高断路器分断短路电流的能力。电磁斥力机构是利用放电脉冲电流通过盘状斥力线圈时，与附近金属斥力盘感应出的涡流产生脉冲斥力作用，进而推动动触头快速动作。一方面，随着系统额定电流的不断提高，电磁斥力峰值可以达到几十甚至几百kN，同时力的作用时间只有几百个I_tS[4。6】；另一方面

8、，断路器机械寿命必须满足几千次甚至高达几万次的国、军标要求【7J。因此断路器的分闸操作对机构机械冲击的累积势必降低船电技术J控制技术其动作可靠性并增加其工程化应用的难度。本文将呈现出高达90kN脉冲斥力的冲击对直流5000A电磁斥力驱动式高速触头操动机构所造成的材料与结构的破坏。文献[8】中，基于系统电压等级5000V的电磁斥力驱动式高速操动机构，通过仿真得到其脉冲斥力峰值接近180kN。文献【9]中，基于额定7000A的电磁驱动式直流混合开关，脉冲斥力