控制与保护开关电磁机构静态特性仿真研究.pdfVIP

设计研发；ResearchDesign 控制与保护开关电磁机构静态特性仿真研究 建立了控制与保护开关电磁机构三维静态非线性磁场模型。考虑到有限元方法仿真分析静磁场 是在给定电流条件下进行，而计算中则是给定电磁机构线圈电压，利用ANSYS寻优功能优化 求解励磁电流并以此激励磁场。仿真验证了非线性磁系统线圈电流与工作气隙的关系以及线圈 冷态下静态吸、反力特性配合，研究了线圈位置对吸力特性的影响，为电磁机构性能改进及实 际产品优化设计提供仿真环境下的理论支持。 ●窦晓斌黄世泽郭其一／同济大学电子与信息工程学院 仇仙者／浙江中凯科技股份有限公司 andProtective 4t士产制与保护开关电器(Control 力弹簧系统和分磁环(由于是对电磁机构进行三维静磁 Device，CPS)是一种新型功能集场分析，故本文不考虑分磁环的作用)等构成。当电磁 =J--I-．Switching 成型低压开关电器，具有短路保护、自动控制、就地操 机构线圈通入交流电时，其在动铁心上会产生电磁吸 作与指示等功能，其主体主要由电磁传动机构、主电 力，并随通电时间增大，当该电磁力足以克服机构的主 路接触组和操动机构等部件构成。双E型电磁机构作为 反力弹簧的反力时，动铁心开始向着静铁心运动，直至 CPS电磁传动机构的核心部件，其工作特性直接影响到 吸合后释放对接触组顶杆的压力，使主电路接触组触头 产品乃至整条工作线路的正常运行。电磁机构的动作过 闭合。当线圈断电时，铁心上的磁力消失，在反力弹簧 程包括了电磁和机械的过渡过程，对电磁机构的动态过 的作用下动铁心回到原位，将接触组的顶杆下压，使主 程进行研究，既可以保证动作的可靠性，又能改善机械 触头开断，断开主电路。 碰撞，提高电气和机械寿命。然而电磁机构的动作过程 1．2磁场方程 中存在各种碰撞、弹跳和摩擦等影响机构机电寿命的动 交流电磁铁的电磁吸力包括一个不变的平均吸力 作，所以通常以电磁机构的静态特性分析为基础进行电 和一个交变分量，在电磁铁工作过程中，决定动铁心能 磁机构的特性研究。即不考虑各种过渡状态，当动铁心 否可靠吸合的是平均吸力的大小。因此对交流电磁铁而 处于某一位置时，给定线圈电压使电磁系统达到稳态， 言，其吸力(或吸力特性)均是指它的平均吸力F。 以此时的线圈稳态电流值为激励，计算动铁心承受的电 对交流电磁铁的励磁线圈来说，磁链幅值妒。和电 磁吸力平均值F都由一定的励磁电流厢气隙值巧唯一确 磁吸力F与工作气隙6的关系F=．厂(d)。通过判断电磁 吸力特性与反力特性配合的适当与否分析整个运动过 定，都只是瘌占的二元非线性函数 程，从而决定各种性能指标。 ‰=^(，，d) (1) 本文以控制与保护开关电器电磁传动机构双E型 F=A(，，J) (2) 电磁铁为研究对象，借助ANSYS的参数化设计语言 此函数目前仍不能用数学表达式表示，但可用离散 (APDL)建立三维静态非线性磁场模型，利用ANSYS数据来表示，即在给定电流和气隙时由磁场计算求得。 寻优功能优化求解励磁电流，计算给定电压(吸合电 其中励磁电流瑚i过ANSYS寻优功能优化循环可得。 压、释放电压)时不同电流和工作气隙下电磁吸力，生 1．3电路方程 成线圈冷