12kV高压真空接触器电磁机构研究与分析

发布时间：2017-10-19 12:17

  本文关键词：12kV高压真空接触器电磁机构研究与分析

  更多相关文章： 电磁机构 有限元分析 正交试验 样机试制

【摘要】：接触器作为一种重要的控制元件,现如今在电网和发电厂得到了广泛应用。接触器一般主要可分为真空式和空气式两种,随着人们对接触器的使用不断增多,真空式接触器相对于空气式接触器的的优越性越发明显。早期由于条件所限,传统的设计方法多以对产品的反复试验来达到优化和改进产品的目的,少有理论和数据支撑。因此研发成本高、时间长,很多时候还达不到预期的效果。本文通过理论分析计算、有限元仿真分析、优化理论和试验验证,对电磁机构的研究和优化具有重要的指导意义。本文以VCH-400/12kV型真空接触器为模型,对真空接触器的电磁机构进行了深入的研究,其主要包括以下内容:1、通过真空灭弧室给定技术参数,经理论计算出电磁机构中电磁铁芯、激磁线圈、分闸弹簧、触头弹簧各零部件技术和结构参数。利用Solidworks分别对真空接触器电磁机构进行二维和三维建模,通过无缝链接,将所建模型导入Comsol有限元软件。然后对其进行磁场分析,得到不同间隙、安匝数、激磁电流下的电磁吸力、反力特性曲线和磁场分布云图。2、利用Maxwell 3D瞬态求解器对真空接触器电磁机构进行三维动态仿真分析,分别得到在不同合闸相角下,激磁电流、衔铁位移和速度与时间关系。运用正交试验法,通过以电磁铁芯半径、激磁电流、合闸线圈匝数、分闸弹簧刚度系数、触头弹簧刚度系数、分闸弹簧预压力、触头弹簧预压力这七个主要变量为因素,建立正交试验表,以合、分闸速度为目标,通过运用极差分析法,寻求最优参数组合,作为真空接触器试制样机数据。3、通过上述已有的技术参数和数据试制了真空接触器样机,对样机分别进机械特性测试、机械寿命磨合、双线圈控制电磁铁温升试验,通过试验数据与技术参数比较,验证样机的稳定性。
【关键词】：电磁机构 有限元分析 正交试验 样机试制
【学位授予单位】：厦门理工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM572
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 本课题的研究背景10
• 1.2 本课题研究的目的和意义10-11
• 1.3 目前国内外发展现状及趋势11-12
• 1.3.1 国内外发展现状11
• 1.3.2 未来发展趋势11-12
• 1.4 论文的主要工作12-14
• 第二章 真空接触器电磁机构整体设计14-22
• 2.1 真空接触器电磁机构工作原理14-15
• 2.2 电磁机构参数设计前处理15
• 2.3 触头弹簧参数设计15-17
• 2.4 分闸弹簧参数设计17-18
• 2.5 电磁铁芯参数设计18-19
• 2.5.1 极靴面积计算18
• 2.5.2 极靴直径计算18-19
• 2.5.3 铁芯截面积计算19
• 2.5.4 铁芯直径计算19
• 2.6 电磁线圈参数设计19-21
• 2.6.1 电磁线圈向气隙中提供的磁势计算19-20
• 2.6.2 线径和匝数计算20
• 2.6.3 线圈高度和厚度计算20-21
• 2.7 本章小结21-22
• 第三章 电磁机构二维磁场分析22-32
• 3.1 有限元软件分析Comsol Multiphysics简介22-23
• 3.2 二维磁场问题有限元求解23-26
• 3.2.1 电磁场数值计算方法23
• 3.2.2 二维磁场边值问题23-24
• 3.2.3 有限元离散一般形式24-26
• 3.3 电磁机构二维模型的建立26-31
• 3.3.1 有限元模型建立26
• 3.3.2 材料属性26-27
• 3.3.3 边界条件和激励27
• 3.3.4 设定求解参数27-28
• 3.3.5 网格剖分28
• 3.3.6 仿真结果28-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第四章 电磁机构三维磁场分析32-58
• 4.1 基于Solidworks的高压真空接触器电磁机构三维建模32-36
• 4.1.1 电磁机构框架建模32
• 4.1.2 电磁铁芯建模32-33
• 4.1.3 轭铁及合闸机构建模33
• 4.1.4 主轴及拐臂建模33-34
• 4.1.5 衔铁机构建模34
• 4.1.6 机械保持及分闸机构建模34-35
• 4.1.7 电磁机构整体建模35
• 4.1.8 简化电磁机构模型35-36
• 4.2 高压真空接触器电磁机构三维静态仿真分析36-49
• 4.2.1 电磁机构三维有限元模型36-37
• 4.2.2 电磁机构三维有限元模型网格剖分37
• 4.2.3 边界条件处理和设置37-38
• 4.2.4 电磁机构三维磁场仿真结果38-42
• 4.2.5 仿真结果分析42
• 4.2.6 电磁机构电磁吸力计算42-47
• 4.2.6.1 麦克斯韦电磁吸力计算理论43
• 4.2.6.2 能量平衡计算电磁吸力43-44
• 4.2.6.3 理论计算与仿真结果对比44-46
• 4.2.6.4 小结46-47
• 4.2.7 电磁机构反力特性47
• 4.2.8 电磁吸力—反力特性配合47-49
• 4.3 高压真空接触器电磁机构三维动态仿真分析49-57
• 4.3.1 电磁机构动态模型的建立49-50
• 4.3.2 电磁机构动态数学模型建立50-52
• 4.3.3 电磁机构动态特性仿真52
• 4.3.4 电磁机构动态仿真步骤52-53
• 4.3.5 动态模型参数设置53-54
• 4.3.6 电磁机构动态特性仿真结果54-56
• 4.3.7 小结56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 高压真接触器电磁机构优化设计58-66
• 5.1 正交试验法58-60
• 5.2 接触器电磁系统优化设计数学模型60-63
• 5.2.1 电磁系统优化目标和设计参数选择60-61
• 5.2.1.1 优化目标确定60-61
• 5.2.1.2 优化设计参数的选择61
• 5.2.2 电磁系统优化设计约束条件61-63
• 5.2.2.1 电磁吸力—反力特性约束62
• 5.2.2.2 电磁线圈温升约束62-63
• 5.3 电磁系统正交试验结果63-64
• 5.4 电磁系统正交试验结果极差分析64-65
• 5.5 本章小结65-66
• 第六章 真空接触器样机试制与试验66-73
• 6.1 真空接触器样机制作66-67
• 6.2 电磁机构样机试验67-72
• 6.2.1 机械特性测试试验67-70
• 6.2.2 机械寿命试验70-71
• 6.2.3 控制电磁铁温升试验71-72
• 6.3 本章小结72-73
• 第七章 结论与展望73-75
• 7.1 结论73-74
• 7.2 展望74-75
• 参考文献75-77
• 致谢77-78
• 个人简历78-79
• 在校期间科研成果及发表的学术论文79

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本文编号：1061050