单稳态永磁机构的设计与研究

发布时间：2017-08-17 08:06

  本文关键词：单稳态永磁机构的设计与研究

  更多相关文章： 真空断路器 永磁机构 磁场分析 有限元模拟

【摘要】：智能电网现已成为国内外电力系统改革和发展的必然趋势。断路器作为输配电设备中的核心组成部分,其可靠性和稳定性尤为重要。由于永磁机构断路器具有传统操动机构断路器所无法比拟的优点,因此它广泛成为国内外普遍研究的对象。由于永磁机构的具体设计方法国内外公开报道较少,企业往往靠大量的试验样机摸索进行改进。本文对行业中ZW32-12型户外永磁真空断路器所配用的单稳态永磁机构进行研究,给出具体分析过程。首先,本文对单稳态永磁机构的结构及其工作原理进行了详细的介绍,给出了磁路分析的基本方法。基于麦克斯韦电磁场理论,对永磁机构二维模型进行了磁场分析,给出了电磁力计算方法。针对ZW32-12型永磁机构断路器,对其静态和动态特性进行了理论分析并计算,建立了相应的数学模型,给出了动态特性微分方程。然后对其等效质量和反力特性向动铁心处进行了归算,为永磁机构的动态特性分析提供了理论计算基础。其次,本文详细叙述了单稳态永磁机构的设计过程及其方法,并通过具体的研发工作得到了永磁机构零部件材质以及外形尺寸等基本数据。为验证真空断路器的设计合理性,应用Ansoft电磁场仿真分析软件,分别以2D和3D实体模型,对其静态磁场和瞬态磁场进行了仿真分析。利用所建立的参数化数值仿真模型,得出了动铁心不同位置处保持力大小曲线、获得了断路器的动态特性曲线以及分闸和合闸时电流和电压与时间之间的关系曲线。最后,本文采用压力测试仪对其合闸保持力进行了测试、机械特性测试仪对其机械特性进行了测试、示波器对线圈电流—时间曲线进行了实验,实验结果与理论和仿真数值基本吻合。并对手力合闸问题提出了解决方案,制作的样机满足预期设计要求。本文通过理论计算、模拟仿真以及样机实验的方式对永磁机构的研究进行了详细的阐述,验证了其设计方法的可行性,为永磁机构的开发提供了良好的方法与思路。并且缩短了企业新产品的开发周期,对智能电网的快速发展起到了良好的推动作用。
【关键词】：真空断路器 永磁机构 磁场分析 有限元模拟
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM561
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 课题研究的背景及意义8-10
• 1.1.1 课题研究的背景8-9
• 1.1.2 课题研究的意义9-10
• 1.2 国内外永磁机构发展及现状10-15
• 1.2.1 国外永磁机构发展现状10-13
• 1.2.2 国内永磁机构发展现状13-15
• 1.3 本课题研究的主要内容15-16
• 第二章 单稳态永磁机构工作原理及计算方法16-33
• 2.1 单稳态永磁机构的结构及工作原理16-18
• 2.2 单稳态永磁机构的磁路分析18-21
• 2.3 单稳态永磁机构静态特性研究21-25
• 2.3.1 静态特性基础理论及计算模型22-24
• 2.3.2 静态保持力计算24-25
• 2.4 单稳态永磁机构动态特性研究25-31
• 2.4.1 动态特性计算模型25-26
• 2.4.2 等效质量归算26-30
• 2.4.3 反力归算30-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第三章 单稳态永磁机构的结构设计与仿真33-50
• 3.1 单稳态永磁机构的结构设计33-40
• 3.1.1 合闸保持力的确定34
• 3.1.2 动铁心的设计34-35
• 3.1.3.永磁体的设计35-37
• 3.1.4 控制线圈设计37-39
• 3.1.5 外磁轭和上下磁轭的设计39-40
• 3.2 单稳态永磁机构的静态仿真分析40-45
• 3.2.1 建模40-42
• 3.2.2 静态磁场分布42-43
• 3.2.3 机构静态保持力43-45
• 3.3 单稳态永磁机构的瞬态仿真分析45-49
• 3.3.1 模型的建立45-46
• 3.3.2 仿真结果及分析46-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 永磁机构真空断路器性能试验研究50-64
• 4.1 保持力测试50-52
• 4.1.1 测试准备50-51
• 4.1.2 测试方法51-52
• 4.1.3 测试结果分析52
• 4.2 断路器机械特性试验52-56
• 4.2.1 测试设备与仪器52-53
• 4.2.2 试验原理与方法53-55
• 4.2.3 试验结果分析55-56
• 4.3 线圈合分闸电流试验56-58
• 4.4 问题及改进58-61
• 4.4.1 手力合闸问题58-59
• 4.4.2 方案实施59-61
• 4.5 问题及其解决措施61-62
• 4.6 本章小结62-64
• 第五章 总结与展望64-66
• 5.1 全文总结64
• 5.2 主要工作与创新点64-65
• 5.3 本文的不足及展望65-66
• 参考文献66-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文70-72

【参考文献】

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本文编号：687901