低压真空断路器传动系统稳健性优化设计

发布时间：2017-11-06 00:11

  本文关键词：低压真空断路器传动系统稳健性优化设计

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【摘要】：二十世纪六十年代初期发展起来的真空断路器由于具有无火灾、零污染、高寿命、无海拔限制以及优异的开断性能等优点,已在我国中压(10-35kV)电力系统中得到了广泛应用并占据主导地位,但在低压(1140V)领域中受诸多因素限制尚未得到大量推广。触头开距和合分闸过程中的预振动是制约当前低压真空断路器研制进度和技术性能水平的两个主要关键问题。包括操作机构在内的整个连杆传动系统设计质量好坏与之密切关联。同时,国内设计真空断路器仍主要通过引进和类比设计的方式完成,缺少相关的理论和方法指引。在此背景下,根据真空断路器具有触头开距小、负载特性存在突变的特点,从力和运动两方面的角度出发对连杆传动系统进行研究和设计,使断路器实现可靠关合及分断,具有十分重要的理论和实践意义,有助于进一步提升产品质量和市场竞争力。本课题结合企业某型低压真空断路器的研制过程开展研究,首先调研了国内外真空断路器的发展及其机械可靠性研究的现状,分析了当前产品研发中存在的主要问题和解决关键。根据稳健优化理论和设计方法,提出了一种基于稳健优化的断路器传动系统设计思想和实现方法。根据产品关键目标技术参数要求,在详细研究真空断路器开断电弧的物理机理特点以及包括机械特性在内的影响要素基础上,通过比较和综合现有成熟技术方案,确定了传动系统的总体组成方案。在满足运动位移要求下,对中间传动连杆机构的设计及其运动学和力学数学模型进行了讨论和研究；从解决当前低压真空断路器设计中的关键瓶颈-触头开距和合分闸过程中的预振动问题角度出发,引入了稳健优化设计的思想和方法,以断路器开距误差最小化且以传动杆件尺寸在其容差范围内变化时开距的最大波动量最小为设计目标建立稳健优化设计模型,获得连杆精确尺寸,提高断路器输出开距的稳健性,保证产品的分断性能。在对断路器合、分闸过程中的弹跳问题进行数学模型分析基础上,通过建立以触头弹簧刚度系数误差最小化且以弹簧结构参数在其容差范围内变化时弹簧刚度系数的最大波动量最小为设计目标的稳健优化设计模型,通过计算达到了间接控制触头弹跳幅值,从而改善了断路器关合和分断性能。对稳健优化改进后的断路器样机进行了机械特性测试,进一步改进产品结构和优化关键参数,使传动系统满足产品性能的设计要求。随着国民经济的发展和科学技术的进步,低压真空断路器的应用将越为广泛,对其性能及稳健性要求也将进一步提高。本课题的开展必将为产品技术的提升开拓出一条理论与实践紧密结合并现实有效的路径,有助于提高产品的质量和市场竞争力,为社会创造价值,增强国家的科技实力。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM561.2

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