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一种永磁保持式新型高速斥力机构的研究

作　者: 田鹏
导　师: 董恩源
学　校: 大连理工大学
专　业: 电机与电器
关键词: 高速斥力机构永磁保持单元高速图像采集 Ansoft 快速开关
分类号: TM351
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 23次
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内容摘要

近年来,随着企业各领域中使用的敏感性负载逐渐增多,人们对供电系统的可靠性和电能质量的要求也越来越高,故障电源的切除与倒换也要求高速可靠的开关来执行。传统的弹簧机构、永磁机构等由于触动时间长而不能满足要求。近年来,一种利用涡流斥力原理制作的高速斥力机构正在悄然兴起,由于其在极短时间内可以切除故障,保障用电设备的安全,引起了人们越来越多的关注。电磁斥力机构是一种应用涡流原理制作的新型快速操动机构,其驱动装置主要是由线圈和斥力盘两部分组成的。它的主要特点就是励磁时间短,反应速度快,能在极短的时间内带动开关切断电网中的故障。本文提出了一种采用永磁保持机构与斥力驱动装置相结合的方法,结构简单,分、合闸位置的保持力较强,可以有效地防止触头分、合时的弹跳,保证了开关动作的可靠性,而且把线圈安装在一个电工纯铁制作的骨架内,加强了其机械强度。前期通过有限元软件Ansoft对影响高速斥力机构各项参数进行仿真分析,得出了影响其动作的规律,在此基础上制作了一台1.14kV级的样机。在控制电路中,本论文以单片机ATmegal6L为主控单元,结合液晶显示器12864、键盘等器件,实时有效地对电路进行了控制。在前向通道上用光耦器件进行了隔离,对控制系统的安全性起到了良好的保护作用。实验中采用高速摄影机对斥力盘分、合闸动作进行了快速拍照,观察其运动的全过程。通过对实验数据的统计与分析,得出了斥力机构与永磁机构的配合特性,以及与放电电容、电压等参数的关系。最后,对样机分闸线圈进行连续两次放电的实验研究,结果表明其可以有效地缩短动作时间,比单线圈放电具有更明显的优势。在防止分闸反弹问题上,笔者提出了一种以分闸簧为缓冲装置的有效措施,并且通过实验证明了其可行性,在不同的超程情况下,分闸时间大约在1ms左右。对于高速斥力机构三相同期性的方案分析,目前还处在一个探索阶段,期望在后面有更深入的研究。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 引言  9
  1.2 断路器的分类  9-10
  1.3 操纵机构的分类  10-13
  1.4 本课题国内外研究现状  13
  1.5 论文的主要研究内容  13-15
2 高速斥力操动机构的结构和计算方法  15-28
  2.1 斥力机构的结构  15-19
    2.1.1 斥力机构的驱动装置  15-16
    2.1.2 斥力机构的保持力装置  16-19
  2.2 高速斥力机构的计算方法  19-27
    2.2.1 迭代法  19-23
    2.2.2 有限元法  23-27
  2.3 本章小结  27-28
3 高速斥力机构的有限元法仿真分析  28-42
  3.1 Ansoft软件介绍  28-29
  3.2 Ansoft软件用于斥力计算  29-30
  3.3 基于Ansoft的高速斥力机构仿真分析  30-41
    3.3.1 高速斥力机构的模型设计  30-32
    3.3.2 两种模型的对比  32-34
    3.3.3 机构金属铜盘参数的影响  34-35
    3.3.4 机构励磁线圈参数的影响  35-37
    3.3.5 机构初始气隙参数的影响  37
    3.3.6 机构外电路电阻参数的影响  37-38
    3.3.7 电解电容和电压参数对斥力的影响  38-39
    3.3.8 永磁保持装置的仿真  39-41
  3.4 本章小结  41-42
4 控制电路  42-50
  4.1 硬件部分  42-46
    4.1.1 主控模块  42-44
    4.1.2 液晶显示模块  44-45
    4.1.3 键盘驱动模块  45-46
  4.2 软件部分  46-48
  4.3 控制电路干扰抑制  48-49
  4.4 本章小结  49-50
5 高速斥力机构的实验分析  50-59
  5.1 高速斥力机构样机的制作  50-51
  5.2 高速斥力机构实验数据测试及机构优化  51-57
    5.2.1 测试方法  51-52
    5.2.2 实验数据  52-56
    5.2.3 分闸弹跳抑制及超程分析  56-57
  5.3 高速斥力机构三相同期性分析  57-58
  5.4 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-63
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  63-64
致谢  64-65

一种永磁保持式新型高速斥力机构的研究

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