电磁斥力机构缓冲方法研究.pdf

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1、船电技术l应用研究电磁斥力机构缓冲方法研究曹鹏飞，姜楠，赵成宏(武汉船用电力推进装置研究所，武汉430064)摘要：本文对用于直流快速开关的电磁斥力机构的几种缓冲方法进行研究，通过理论分析及计算，比较了各种缓冲方法的优缺点。关键词：快速开关电磁斥力缓冲方法t中图分类号：TM564文献标识码：A文章编号：1003．4862(2014)07．0035．03ResearchonDampingMethodforElectromagneticRepulsionMechanismCaoPengfei，JiangNan，ZhaoChenghong(WuhanInstituteofMarineElectric

2、Propulsion，Wuhan430064，China)Abstract：ThispaperpresentsseveraldampingmethodsofelectromagneticrepulsionmechanismwhicharedesignedforDChigh·speedswitchandcomparescharacteristicsofthedampingmethodsbyusingtheoreticalanalysisandcalculation．Keywords：high-speedswitch；electromagneticrepulsion；dampingmethodO引

3、言回路及装置形式如图1所示。电容近年来，随着直流供电系统的飞速发展，发展快速直流开关已成为满足直流输电系统中低端保护需求的必然趋势。当系统出现短路故障时，如果能够在很短的时间内分断故障电流，对于大容量直流系统的保护就会更加有利，因此就需要研究开发性能可靠的快速直流开关。开发快速直流开关技术关键技术之一就是需要设计快速的、合理可靠的快速操作机构。高速电磁斥力机构是近几年国内外研究较多的操作机构之一。电磁斥力机构的快速性必然带来开关合分闸的弹跳问题，弹跳过大将会影响整个电网的安全性和稳定性。因此，对电磁斥力机构的缓冲方式进行研究，有很重要的意义。1电磁斥力机构工作原理及国内外概况电磁斥力机构最早是

4、在1969年提出的，但引起广泛关注则是近10多年。电磁推斥机构的基本收稿日期：2013-10-13作者简介：曹鹏飞(1983-)，男，工程师。研究方向：电机与电器。圈运动斥力盘线圈电眷图l电磁斥力操动机构原理图其工作原理为：通过预先充电的电容器向分闸或合闸线圈放电，通过线圈放电产生脉冲电流，在该脉冲电流的作用下，线圈周围产生交变的磁场，并在铝盘上产生涡流，涡流产生的磁场和线圈产生的磁场相互作用，从而带动连杆运动，实现开关的分断或关合。目前国际上日本、荷兰、韩国等国家都在大力开展电磁斥力操作机构的研究工作。日本三菱公司开发了快速真空断路器，采用电磁斥力操作机构，在1周波以内完成故障电流开断。荷兰

5、、韩国关于电磁斥力操作机构的研究已有多篇论文发表。国内山东大学和大连理工大学对电磁斥力35船电技术I应用研究操作机构也进行了一定理论研究。2电磁斥力机构分闸缓冲与弹振近年来随着新材料的使用，快速开关逐渐向小开距化发展，分闸弹振容易造成触头分断后的弧后重击穿，导致分断失败，此外，过大的弹振幅度以及过多的弹振次数容易导致器件的损坏，降低开关的使用寿命。图2为一种典型的用电磁斥力机构的快速开关结构图，电磁斥力机构动作行程短、速度快，尤其对刚分速度要求较高，其行程末期的速度更高，将会对真空灭弧室波纹管造成致命的损伤。因此，合理设计缓冲对于电磁斥力机构非常重要。而且由于其缓冲距离短，需要在很小的距离内将

6、快速运动部件的动能消耗掉，因此缓冲设计也是其难点之一。本文将对几种常用的缓冲方式进行对比分析。功触臾————屋r静触汜E兰==]墓重}_一波纹请守动导电杆—————爿—乩E矧堋藿}一缈2拼I[]碟彤弹簧⋯、、．尚E1日一。’t奇～翻台擒盘———重鸳望攀；卜_分刚线圈团卜￥匡卜一台州线I镯U暖71}l装篾————=口图2一种电磁斥力机构快速开关示意图2．1弹簧缓冲传统的分闸缓冲常采用弹簧缓冲，将运动部件的动能转换为弹簧的弹性势能存储起来，既起到分闸缓冲作用，又可提高机构的合闸速度。参照图2模型，若采用弹簧缓冲，设缓冲弹簧的刚度为EH。运动部件质量m=5kg，速度为v=8m／s。缓冲距离s=2mm

7、。根据能量守恒定律有：圭％^三1聊V2由上式求得％=8×107N／m，可见所需要的缓冲弹簧的刚度极大，如此大刚度的缓冲弹簧带来了一系列的问题：1)弹簧尺寸很大，难以安装布置。2)若将运动部件与缓冲弹簧一起固定到该位置，则需要非常大的保持力，难以实现。3)即使通过合理的设计，如采用锁扣或者永36磁机构将运动部件与缓冲弹簧保持在缓冲位置，将运动部件的动能存储在缓冲弹簧里，那么在合闸过程中，缓冲弹簧的弹