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1、.低壓塑殼斷路器中電動斥力的三維有限元非線性分析與實驗研究李興文，陳德桂，向洪崗，李志鵬，劉洪武（西安交通大學電氣工程學院，陜西西安710049）?3-DFINITEELEMENTNONLINEARANALYSISANDEXPERIMENTALINVESTIGATIONOFELECTRO-DYNAMICREPULSIONFORCEINMoldedCaseCircuitBreakersLIXing-wen,CHENDe-gui,XIANGHong-gang,LIZhi-peng,LIUHong-wu（Schoolof
2、ElectricalEngineering,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710049,China） ABSTRACT:Fortheoptimizationdesignofmoldedcasecircuitbreakers(MCCBs),itisnecessaryandimportanttocalculatetheelectro-dynamicrepulsionforceactingonthemovableconductor.With3-Dfiniteelementnonlineara
3、nalysis,accordingtotheequationsamongcurrent-magneticfield-repulsionforceandtakingintoaccounttheferromagnet,weintroducecontactbridgemodeltosimulatethecurrentconstrictionbetweencontacts,soLorentzandHolmforceactingonthemovableconductorandcontact,respectively,canb
4、eintegratedtocalculate.Coupledwithcircuitequations,theopeningtimeofmovablecontactalsocanbeobtainedusingiterationwiththerestrictionofcontactforce.Simulationandexperimentforrepulsionforceandopeningtimeoffivedifferentconfigurationmodelshavebeeninvestigated.Theres
5、ultsindicatethattheproposedmethodiseffectiveandiscapableofevaluatingnewdesignofcontactsystemsinMCCBs. KEYWORDS:Low-voltageapparatus;Finiteelementanaly-sis;Repulsionforce 摘 要：電動斥力的計算對低壓塑殼斷路器（MCCB）的設計有重要意義?；陔娏?磁場-電動斥力之間的方程，并考慮鐵磁物質的影響，應用三維有限元非線性分析，引入圓柱導電橋模型作為接
6、觸點模擬觸頭間的電流收縮，統(tǒng)一計算觸頭間的Holm力和動導電桿上的Lorentz力。耦合電路方程，并以動觸頭上的預壓力為約束通過迭代運算，從而確定動觸頭的打開時間。分析了五種不同結構的MCCB，并對電動斥力和觸頭打開時間進行了實驗研究，結果表明，該方法是有效的，可用于MCCB新產(chǎn)品觸頭系統(tǒng)的設計?！ ￡P鍵詞：低壓電器；有限元；電動斥力1引言 當短路電流產(chǎn)生時，低壓塑殼斷路器（MCCB）中動、靜觸頭在電動斥力的作用下分離，在操作機構的帶動下，電弧將在觸頭之間產(chǎn)生，拉長，并在吹弧力的作用下進入柵片被分割成若干個短弧，
7、而后熄滅。在這個過程的起始階段，作用在動觸頭上的電動斥力F（包括導電回路產(chǎn)生的Lorentz力FL...及觸頭間由于電流收縮產(chǎn)生的Holm力FH）和預壓力決定了觸頭的斥開時間和打開速度，從而對MCCB的限流性能產(chǎn)生重要的影響。而且，從式(1)所示的Holm公式可以看出，接觸點半徑r與預壓力FK、觸頭材料的布氏硬度H、觸頭表面接觸情況（用x描述，其范圍一般為0.3~0.6，通常取0.45)有關。而Holm力FH與r，觸頭半徑R、以及電流大小i有關[1]，這樣FK對F就有一定的影響；另一方面，F(xiàn)K的選擇也由于發(fā)熱容許的
8、要求，而受到F的限制。因此，在進行MCCB的觸頭導電回路的設計時必須進行電動斥力的計算?！ 〗陙恚S著計算機技術發(fā)展和數(shù)值計算方法的不斷進步，計算機輔助工程在MCCB新產(chǎn)品的設計中得到了越來越廣泛的應用[2-3]，大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本，同時產(chǎn)品的性能也得到了很大提高。對于電動斥力的計算，國內外的學者做了很多有益的工作。在文獻[4-5]
