短路脱扣器特性研究.pdf

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1、船电技术f控制技术短路脱扣器特性研究邓为涂煜金雪丰(中国船舶重工集团第七一二研究所，武汉430064)摘要：采用三维仿真软件Ansoft及Matlab软件，对脱扣器短路脱扣过程中受到的电磁力以及碟簧反力进行仿真计算，最终获得不同短路电流下脱扣器的动作时间。将仿真所得到的动作时间与脱扣器实际动作时间进行比较，证明该仿真方案计算准确。关键词：仿真短路脱扣器动作时间中图文类号：TM561文献标识码：A文章编号：1003．4862(2012)04．O012—04ResearchonCharacteristicsofShort．CircuitReleaseDe

2、ngWei，TuYu，JinXuefeng(WuhanInstituteofMarineElectricPropulsion，CSIC，Wuhan430064，China)Abstract：Byusing3DsimulationsoftwareAnsofiandMatlab，electromagneticforceandDisc—springreactionforceactingonshort-·circuitreleasearecalculated,andactiontimeunderdifferentshort--circuitisobtaine

3、d．Bycomparingsimulatingmovementtimetoactuatingtimeoftherelease．itprovesthatthesimulatingschemeisaccuracy．Keywords：simulation,"short—circuit,"release,"actiontime脱扣器动作时间越短，断路器分断越快，脱0引言扣器动作特性对决定了断路器的快速性。扣器的短路脱扣器是直流快速断路器对线路进行短铁磁吸力和碟簧反力都是非线性的，很难通过直路保护的执行部件。直流快速断路器是一种限流接计算来分析脱扣器的动态特性

4、。传统脱扣器设型断路器，其对短路电流的限制作用体现在短路计需要经过多轮实验验证，不断改进，费时费力。脱扣器上。短路发生时，短路电流还没有上升至仿真设计和数学处理软件为脱扣器的动态特性定预期短路电流，短路脱扣器就动作使断路器解扣量计算提供了可能，计算结果可以为设计或者改分断。如图1所示，左上部分坐标系中曲线1为进设计提供依据，减少实验轮次。短路发生时预期短路电流波形，曲线2为断路器lss=预期持续短路电流动作时的实际电流波形。短路电流上升至脱扣器iss：预期持续短路电流峰值整定值时，脱扣器开始动作，断路器解扣，动静'cuI。ff=限流电流触头分离，触头

5、间产生电弧，断口恢复电压从零fd=脱扣器整定电流开始上升，电弧从触头进入灭弧栅片，弧压迅速di~dt：初始电流上升率上升。当电源提供的能量不足以维持电弧持续燃UNe：额定电压烧所需能量时，电弧电流不断下降，直至电流为U：断口。恢复电压零时，电弧熄灭，断口电压与电源电压相同，线uc=最高弧压路被切断。tb=全分断时间tc：线路时间常数h：脱扣器动作时间收稿日期：2011—09．21作者简介：邓为(1971-)，男，高级工程师，研究方向：图I直流快速开关短路分断示意】电力电子。1短路脱扣器静态分析计算12船电技术{控制技术多项式为1，=73．3x一697

6、．3x+l959其中X为气隙长度，y为铁芯吸力。碟簧力与形变之间具有非线性特性，为了得到较准确的反力特性，需要对碟簧进行实验测试，将测试出的数据进行拟合，得到反映碟簧特性的数学表达式。对短路脱扣器利用弹簧测力机进行图2短路脱扣器仿真模型测试，碟簧总的初始形变为4．5mm，将测力机可动端行程换算为碟簧总形变，得到碟簧总形变量利用Ansoft对短路脱扣器进行三维建模仿与碟簧力的关系曲线(补充总形变为零的点)如真，仿真模型如图2所示，包括3个部分：静铁图5所示。芯、动铁芯和激磁部分。对于脱扣器其它部分，对数据点进行最小二乘拟合，拟合出的二阶多由于对磁路没有

7、影响，模型中不予考虑。项式为进行网格剖分之后的模型如图3所示。网格y=一0．6087x+68．0066x一0．3679剖分太粗会导致计算精度差，但过细又会带来过其中X为碟簧总的形变量，Y为碟簧力。大的运算量。实际剖分应选择合适的大小，计算精度和计算量二者兼顾【】。图5碟簧总形变量与碟簧力关系曲线在试验室对脱扣器进行整定试验，整定回路图3仿真模型网格剖分利用直流发电机作为电源，该电机输出电压为定值，通过改变励磁电阻得到变化的电流。实验时电流为4000A时，用Ansoft软件计算不同先将脱扣器指示器调整到合适的位置，不断调节气隙下的脱扣器铁芯吸力[5]，

8、根据计算的数据点整定回路电流，脱扣器刚好能动作(脱扣器不动在Matlab中绘制的铁芯吸力随气隙变化曲线如作时