高速电磁斥力机构的基本原理与仿真分析

混合型限流断路器是现代直流电力系统有效的短路保护设备,其中用于驱动高速限流断路器机械触头高速分闸的电磁斥力机构性能决定了混合型限流断路器的限流水平及分断的可靠性。分析了电磁斥力机构的工作原理,通过理论推导得到了电磁斥力的解析表达式,在此基础上得到其运动方程。介绍了电磁斥力机构的瞬态场有限元仿真方法,建立了1000 V/400 A样机的仿真模型,样机试验结果验证了理论分析与仿真计算的正确性,为电磁斥力机构的进一步优化设计打下坚实基础。     

直流5kA电磁斥力驱动式高速触头操动机构动作可靠性的优化设计

额定大电流的电磁斥力驱动式触头操动机构难以实现工程化,论文从减小电磁斥力、增强材料强度、提高机构工程可实现性等方面考虑,提出了增大驱动电容减小预充电压、斥力线圈放电回路中串联电感、优化斥力线圈结构参数以及采用电导率较小、相对磁导率较大的钢材作为斥力线圈支撑板等的优化方案。仿真和试验数据表明:在斥力线圈放电回路中串联电感,不仅保证了驱动电容的体积尽可能小,有利于工程应用,也极大地降低了脉冲斥力对机构的机械冲击,提高了机构的动作可靠性,有效地延长了其机械寿命。     

高磁性背板对斥力机构能量利用率的影响研究

随着中压直流混合断路器的发展,电磁斥力机构因其优越的快速性与可靠性而得到关注与研究,本文通过在ANSYS EM软件中对电磁斥力机构进行建模仿真,分别对背板材料为高导磁材料与非导磁材料进行了仿真分析,从仿真分析的结果可以看出,高导磁的背板材料可以提高电磁斥力机构的能量利用率,减小电容体积。     

新型强迫换流型真空直流限流断路器研究

研究了基于强迫换流原理的真空直流限流断路器,利用与真空灭弧室反并二极管的续流作用使真空灭弧室电流过零后得到零电压介质恢复时间.真空灭弧室由高速电磁斥力机构驱动,反向强迫关断电流由预充电的LC回路产生,采用氧化锌压敏电阻限制关断过程出现的过电压.建了断路器的EMTP仿真模型,对短路和额定关断过程进行仿真分析,比较了仿真与试验结果的电流、电压波形,两者具有很高的一致性.     

电磁斥力机构触动时间研究

本文在Ansys Workbench中,结合Maxwell 2D与Mechanical模块对电磁斥力机构的瞬态运动过程进行了联合仿真,完成了电磁斥力计算,并将电磁斥力作为载荷对电磁斥力机构进行了瞬态动力学分析,得到了电磁斥力机构传动部件在瞬态动作过程中的应力应变,提取了动触头处的位移曲线,得到了电磁斥力机构的触动时间为210μs,计算结果与试验结果 220μs的误差为4.5%,可以满足工程设计需要,为电磁斥力机构触动时间的计算提供了一种方法。     

新型高速触头操动机构的设计及实验分析

设计了一种基于电磁斥力机构和单线圈双稳态永磁操动机构的新型高速触头操动机构，研制了原理样机，运用Ansoft有限元仿真软件对电磁斥力机构进行了建模仿真，实验结果表明该触头操动机构能够在分断动作信号发出约200μs后使动、静触头分离，触头开距为16mm。     

电磁斥力机构仿真与试验对比研究

电磁斥力机构因其特有优势成为了研究的热点,本文简单介绍了其工作原理,然后进行了有限元仿真,并生产样机进行了试验验证。从仿真与试验的对比分析中,可以看出,电磁斥力机构具有约300μs的机械延时,将仿真结果在时间维添加机械延时的修正后,仿真结果的准确性得到极大的提高。     

混合直流断路器自然换流过程中弧压的测量及建模

混合式断路器的电流转移主要有自然换流和强迫换流两种方式,其中自然换流是在机械开关斥力机构驱动触头分闸过程中产生电弧电压的作用下迫使故障电流由机械开关向半导体开关转移的过程,该阶段电弧电压的大小及变化过程对转移时间有着至关重要的影响。本文通过实验精确测量12kA电流等级下真空电弧电压的大小及变化规律,并利用PSCAD/EMTDC建立电弧电压数学模型,最后将该电流等级下换流时间的仿真计算和实验实测结果进行对比,验证了真空电弧电压模型的可靠性与正确性。     

电磁斥力机构中线圈外半径与轴向厚度之比的最优范围

本文采用科学计算软件MAPLE编程对电磁斥力机构中线圈与斥力盘的电磁耦合系数进行计算,并分析了在不同线圈外半径与轴向厚度之比的情况下电磁耦合系数的变化趋势,得出了线圈外半径与轴向厚度之比设计为9～12比较合适的结论,对电磁斥力机构的设计有一定的参考意义。     

断路器触头磨损研究综述

断路器使用过程中会发生触头磨损现象,为提高断路器使用寿命需对断路器触头磨损进行研究分析.断路器动、静触头间产生的电弧是一个涉及多学科交叉耦合的问题,目前对断路器触头电弧侵蚀磨损的物理机理和电弧特性了解不够全面.断路器触头在电弧烧蚀产生的局部高温处,触头材料的物理特性产生局部变化,进而造成常温区域的触头间机械磨损与高温区...     

制动装置能量泄放尖峰电压的研究

大转动惯量电机实现快速停车需要制动装置配合,直流母线电缆的寄生电感与制动装置直流支撑电容匹配不合理时,容易在直流支撑电容上产生尖峰电压,严重影响制动装置对母线电压的准确调节。针对一种大功率瞬时耗能的制动装置,在考虑电路杂散参数基础上,利用拉普拉斯变换建立系统运算电路模型,通过电路暂态过程分析,推导出直流支撑电容电压振幅的表达式。改变电路中影响电压振幅的参数,进行仿真和实验,验证了理论分析和仿真计算的正确性。     

混合式限流断路器中快速隔离组件的设计与仿真

混合式限流断路器具有机械开关良好的静态特性和固态开关无弧快速分断的动态特性,是国际上新型断路器的发展方向。本文设计了一种基于电力电子器件的双向快速隔离组件拓扑结构,在EMTP中建立了快速隔离组件的仿真模型,通过脉冲电容器电源系统的短路分断试验验证了仿真模型的正确性。     

电压暂降补偿系统中超级电容临界电压的确定

通过分析当超级电容器的等效串联内阻与负载阻值接近时直流升压电路的特点，推导出该电路的最大升压比表达式，从而确定系统能保证电网电压恒定工作的超级电容器两端的最低电压。最后用MATLAB／Simulink对模型进行仿真，验证了理论的正确性。     

基于Maxwell脉冲脱扣器动态特性的研究

本文基于电磁场理论和Maxwell仿真软件,建立脉冲脱扣器的动态仿真模型。通过仿真分析电容、电压等电气参数以及脉冲脱扣器的结构参数对脉冲脱扣器的动态特性影响,确定电容参数为470μF、初始间隙为7mm。研究结果表明,脉冲脱扣器动铁芯受到电磁吸力随着电压增加而增加,当电压升到220 V时电磁吸力随着电压的升高而缓慢的增加;脉冲脱扣器动铁芯受到电磁力随着电容增大而增加但电磁吸力增加较为缓慢;脉冲脱扣器动铁芯在吸合过程中,动铁芯所受吸力先增大再减小。     

弹簧操动机构的仿真分析

使用多体动力学软件ADAMS对低压断路器弹簧操动机构的分合闸运动进行仿真,并通过实验数据与仿真数据对比,验证建模方法的正确性和仿真计算的有效性。仿真得到一系列工程技术人员感兴趣的数据曲线和分合闸运动动画,对低压断路器的工程设计及优化具有一定的指导作用。     

基于ADAMS的中压直流断路器分闸运动仿真分析

根据对中压直流断路器分闸运动原理的分析,建立了中压直流断路器的动力学模型。应用弹性动力学理论,采用多体动力学机械系统仿真软件ADAMS对断路器进行分闸过程仿真分析。搭建了断路器机械特性测试回路,进行验证试验。试验结果表明,该断路器分闸动态特性试验结果与仿真结果相吻合,其性能指标能满足该断路器的设计要求。该仿真方法为中压直流断路器的设计和优化提供了一条有效的途径。     

基于混合储能的船舶电力推进系统模糊PI控制策略

针对船舶实际航行过程中因复杂海况造成的电力推进系统中直流母线电压波动问题,构建一种基于混合储能的船舶电力系统模型,该模型由超级电容器和蓄电池组成。根据系统功率频谱确定低通滤波时间常数,并通过模糊PI控制策略实现对功率型和能量型2种储能元件充放电全过程的精确管理,延长使用寿命,有效应对在各种复杂海况下的直流母线电压波动问题。在VS2010上进行编程仿真分析,通过将仿真结果与实际船舶电力推进系统模型运行数据相对比,验证所提出的能量管理方案和控制策略的有效性。     

电压型三相H桥逆变器直流支撑电容容值优化

直流支撑电容是电压型逆变器的重要组成部分,其选型直接影响到逆变器的电气性能以及整机功率密度。针对三相H桥逆变器,提出了一种通过相间载波移相减小支撑电容谐波电流的方法。采用开关函数法和双重傅里叶级数分析了逆变器支撑电容电流的主要谐波成分,给出了优化电容容值的计算方法。通过仿真对比相间载波移相前后,保持直流母线波动幅值一致的同时,可以较大幅度减小支撑电容容值。     

低压断路器主回路温度场仿真分析

分析了低压断路器主回路的热传递数学模型。根据动静触头的接触电阻建立了导电桥模型。基于流体相似理论和Stefan-Boltzmann定律,简化了断路器表面散热系数计算方法。考虑外接导线的散热作用,用三维有限元ANSYS软件对额定电流为200 A的断路器主回路稳态温度场分布进行仿真分析,并进行了实验验证。     

基于IGBT及IGCT混合级联多电平变频器输出波形控制

针对传统两电平IGBT级联难提高输出电压及基于IGCT级联输出波形特性差的缺点,提出基于IGBT及IGCT混合级联多电平拓扑,采用单极性控制方法,在获得高输出电压的同时,使逆变器输出电压谐波分布于高频带,改善了输出电流品质。