新型低压电器动作机构及其励磁电路研究

发布时间：2017-04-08 08:14

  本文关键词：新型低压电器动作机构及其励磁电路研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：智能配电网对开关操作的快速性、可靠性及智能化提出了更高的要求。开关电器操动机构固有动作时间较长,难以满足控制与保护的快速性要求,且较长的动作时间还带来机构动作的分散性,限制了低压电器智能化技术的发展与应用。因此,本文将适用于高压开关电器场合的涡流斥力技术引入到低压开关电器领域,提出基于涡流斥力快速动作机构及其控制的新型低压电器技术,开展了仿真分析研究与样机研制开发。首先,应用能量法推导涡流斥力的数学表达式,结合同轴双线圈模型推导出基于时间和空间的双层迭代算法,编制了相应的MATLAB程序加以实现；在分析涡流场数学模型及其电磁场求解所需的场控制方程、边界条件和初始条件的基础上,将有限单元分析软件ANSYS和Visual Basic相结合,编制涡流斥力机构的动态仿真程序,为涡流斥力机构方案设计提供仿真应用基础。其次,本文采用CJ40-100交流接触器框架作为新型涡流斥力机构的本体电器基础,即利用涡流斥力机构替代原有电磁机构形成方案原理样机。利用前述仿真方法对影响涡流斥力机构动作特性的主要参数(如线圈匝数、线圈线径、斥力盘厚度等),开展基于单一变量参数变化的仿真分析,由此确定方案样机的斥力机构与励磁控制电路设计参数。此外,根据仿真结果,给出涡流斥力机构样机的三维模型图。再次,本文结合涡流斥力机构励磁特点,采用新型储能元件超级电容作为机构的励磁电源,分析了超级电容应用电路模型及其串联均压技术,针对常规行程、短行程、长行程的控制需求,提出三种相应的励磁控制方案,结合方案样机控制特性要求,分析了励磁电路元件参数的选取,且采用功率开关器件开发了涡流斥力机构励磁电路。最后,将涡流斥力机构及其励磁控制电路有机结合,开发出具有涡流斥力快速动作机构的新型低压电器的初步方案样机。利用课题组自行研制的基于高速摄像机电磁电器运动特性测试装置,获得涡流斥力机构的动态位移-时间、速度-时间特性曲线,并与CJ40-100交流接触器的性能加以对比分析,其结果表明,本文提出的新型涡流斥力机构的低压电器具有快速动作的优越性以及控制应用的鲁棒性。本文开发的新型涡流斥力机构有待于进一步完善,可将其与低压线路短路故障早期检测有机结合,应用于控制与保护的低压集成电器技术开发。
【关键词】：涡流斥力 数学模型 动态仿真 方案样机 动态特性
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM52
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 课题研究的背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.2.1 国外研究现状9-10
• 1.2.2 国内研究现状10-11
• 1.3 本文主要工作与研究内容11-13
• 第二章 涡流斥力机构的仿真与分析13-32
• 2.1 涡流斥力机构工作原理介绍13-14
• 2.2 涡流斥力机构仿真方法介绍14
• 2.3 基于时间和位移的迭代算法介绍14-22
• 2.3.1 涡流斥力机构等效电路的建立14-15
• 2.3.2 双单匝线圈模型15-16
• 2.3.3 线圈盘与金属盘的电感与电阻计算16-18
• 2.3.4 线圈盘与金属盘斥力计算18-19
• 2.3.5 线圈盘与斥力盘互感计算19
• 2.3.6 线圈盘电流与斥力盘涡流的数值计算方法19-20
• 2.3.7 斥力机构运动方程20-21
• 2.3.8 涡流斥力机构的MATLAB算法实现21-22
• 2.4 涡流场数学模型22-25
• 2.5 有限元仿真25-30
• 2.5.1 涡流斥力机构场路耦合仿真25-28
• 2.5.2 涡流斥力机构动力学仿真28-29
• 2.5.3 基于VB的涡流斥力动态仿真29-30
• 2.6 两种仿真方法结果比较分析30-31
• 2.7 本章小结31-32
• 第三章 方案样机参数仿真32-40
• 3.1 方案样机机械参数仿真32-36
• 3.1.1 线圈匝数的影响32-33
• 3.1.2 斥力盘厚度的影响33-34
• 3.1.3 斥力盘半径的影响34-35
• 3.1.4 初始气隙的影响35-36
• 3.2 外部电路影响参数仿真36-39
• 3.2.1 储能电容初始电压的影响36-37
• 3.2.2 储能电容容量的影响37-38
• 3.2.3 杂散电阻的影响38-39
• 3.3 本章小结39-40
• 第四章 励磁电路方案研究与设计40-52
• 4.1 储能能源40-44
• 4.2 电路参数设计44-46
• 4.2.1 电容参数计算44
• 4.2.2 功率开关管参数计算44-46
• 4.2.3 驱动电路设计46
• 4.3 励磁电路拓扑方案设计46-51
• 4.3.1 二次放电励磁电路方案46-48
• 4.3.2 减振式励磁电路方案48-49
• 4.3.3 新型励磁电路方案49-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 涡流斥力机构动态特性测试52-60
• 5.1 实验测试平台52-53
• 5.2 实验数据测试与分析53-59
• 5.2.1 励磁回路电流采集53-54
• 5.2.2 位移-时间特性曲线测试54-56
• 5.2.3 速度-时间特性曲线计算56-57
• 5.2.4 与CJ40-100动作时间特性比较分析57-59
• 5.3 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-64
• 致谢64-65
• 个人简历、在学期间的研究成果与发表的学术论文65

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本文编号：292440