電磁斥力機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法.pdf

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1、船電技術(shù)l控制技術(shù)電磁斥力機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法姜楠任志剛(武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢430064)摘要：本文針對(duì)中壓混合斷路器對(duì)電磁斥力機(jī)構(gòu)的需求，對(duì)一種較常用的結(jié)構(gòu)形式，提出了設(shè)計(jì)方法與步驟，并在有限元仿真軟件ansoftMaxwell中建模仿真進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可靠性。關(guān)鍵詞：電磁斥力機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法中壓混合斷路器中圖分類號(hào)：TM561文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003—4862(2012)12-0062-03DesignMethodfortheElectromagneticRepulsionMechanismJiangNan，RenZhigang(Wuha

2、nInstituteofMarineElectricPropulsion，CSIC，Wuhan430064，China)Abstract：Adesignmethodandprocessfoacommonstructureoftheelectromagneticrepulsionmechanismusedinthemiddlevoltagehybridcircuitbreakerarepresented,andCOnfirmationismadebythesimulationtntheANsoFTMAXWELLKeywords：electromagneticr

3、epulsionmechanism，designmethod,middlevoltagecircuitbreaker近年來(lái)，隨著對(duì)觸頭分?jǐn)嗨俣扔袠O高要求的0引言中壓混合直流斷路器以及真空滅弧室的發(fā)展，電早在1972年，S．Basu就在公開文獻(xiàn)中提出磁斥力機(jī)構(gòu)得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者越來(lái)越多的研究。基于渦流原理的電磁斥力機(jī)構(gòu)[1]，其原理示意圖日本三菱電氣的學(xué)者和山東大學(xué)的李慶明等人分如圖1所示，儲(chǔ)能電容對(duì)勵(lì)磁線圈脈沖放電，與別將斥力盤等效為一匝線圈和多匝線圈，推導(dǎo)出勵(lì)磁線圈臨近的金屬盤感應(yīng)出與勵(lì)磁電流方向相了計(jì)算電磁斥力機(jī)構(gòu)出力特性與運(yùn)動(dòng)特性的解析反的渦流，從而產(chǎn)生

4、電磁斥力。方法。華中科技大學(xué)的王子健對(duì)影響斥力機(jī)構(gòu)出力特性的因素進(jìn)行了研究L2J。前人的工作基本上都是在已知機(jī)構(gòu)尺寸等參數(shù)的情況下進(jìn)行的，屬于電磁場(chǎng)的正求問(wèn)題。而實(shí)際工作中，一般都是由對(duì)機(jī)構(gòu)特性的部分要求來(lái)求解出機(jī)構(gòu)的尺寸等參數(shù)，屬于電磁場(chǎng)的反圖1電磁斥力機(jī)構(gòu)的基本原理圖求問(wèn)題。由于斥力機(jī)構(gòu)的物理過(guò)程是一個(gè)渦流場(chǎng)該機(jī)構(gòu)的突出優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作速度極快，觸動(dòng)時(shí)與運(yùn)動(dòng)耦合的復(fù)雜過(guò)程，影響斥力機(jī)構(gòu)特性的因間在百微秒級(jí)，傳統(tǒng)的彈簧機(jī)構(gòu)、液壓機(jī)構(gòu)等都素很多，因此，斥力機(jī)構(gòu)的反求過(guò)程是非常困難是毫秒級(jí)，但是行程較短，通常只有十幾毫米。的，本文在總結(jié)前人的工作基礎(chǔ)上，針對(duì)一類形由

5、于當(dāng)時(shí)短路電流水平較低，常規(guī)的斷路器足以式的斥力機(jī)構(gòu)，提出了一種反求的方法。開斷。因此沒(méi)有得到重視與發(fā)展。1斥力機(jī)構(gòu)的反求方法電磁斥力機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式多樣，外電路形式也收稿日期：2012．08．0l作者簡(jiǎn)介：姜楠(1988．)，男，研究生。研究方向：電變化多端，本文主要針對(duì)較常用的一種形式來(lái)進(jìn)機(jī)與電器。行分析計(jì)算，推導(dǎo)出斥力機(jī)構(gòu)的反求方法。62船電技術(shù)I控制技術(shù)1．1基本假設(shè)線圈與斥力盤的初始間隙X越小越好，受絕假設(shè)斥力盤與線圈均為扁圓盤形式，內(nèi)外徑緣因素影響，一般為3mm。斥力盤的外徑與線相等，其結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。外電路采用單一圈外徑相等，這樣效率最高。斥力

6、盤厚度越大，電容放電，外加一續(xù)流二極管，其拓?fù)錂C(jī)構(gòu)如圖則運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量越大；厚度過(guò)小，會(huì)增大電阻而3所示，圖中TVS為真空觸發(fā)間隙。減小感應(yīng)渦流，一般選擇2倍趨膚深度即可。上述應(yīng)用場(chǎng)合希望開關(guān)的剛分速度越高越好，即參數(shù)前3mm行程時(shí)間t3越小越好，對(duì)于儲(chǔ)能電容來(lái)說(shuō)，電容量越小、充電電壓越高，則放電電流上升越快，斥力上升越快，因此，電容電壓選擇為系統(tǒng)電壓5000V，如此也可以減少充電設(shè)備。圖2斥力盤與線圈結(jié)構(gòu)形式假設(shè)斥力盤按勻加速運(yùn)動(dòng)，由行程S和分閘時(shí)間。求出運(yùn)動(dòng)部件最終動(dòng)能EK：E：一11，22ms"(1)：2fC口篆斥力機(jī)構(gòu)將儲(chǔ)能電容的能量轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)

7、能的效率刀一般為10％到20％，相對(duì)較大的電流上升率與較大的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量配合以及相對(duì)較?。畧D3外電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電流上升率與較小的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的配合都會(huì)導(dǎo)致2．1快速開關(guān)對(duì)快速機(jī)構(gòu)的技術(shù)要求電能到動(dòng)能轉(zhuǎn)換效率較小L5J。此處由于剛分速度快速開關(guān)對(duì)機(jī)構(gòu)的技術(shù)要求有很多，如剛分較大，要求電流上升率較高，而運(yùn)動(dòng)質(zhì)量較大，速度、剛合速度、行程、分閘時(shí)間、合閘時(shí)間、因此，效率較低，初步選卵=l0％。根據(jù)能量守恒運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量、分閘保持力、合閘保持力等等。定律，有如下方程：不同的應(yīng)用場(chǎng)合，所關(guān)注的要求有所不同，本文1crl=、(2)所提快速開關(guān)主要用于中壓混合直流開斷中真空滅弧室的

8、分閘。由方程(1)和(2)求出電容量C=100gF。