低压断路器是低压配电系统中用于分合和保护主电路的开关电器,它的安全可靠关系到电力系统的安全稳定运行。低压断路器的性能主要受操动机构的影响,其应用领域受灭弧室介质的影响。随着真空灭弧室技术的进步和稀土材料的进一步开发,使基于永磁操动机构的真空断路器开始向小型化和低压化方向发展。本文对现有三种永磁操动机构的工作原理和优缺点进行了对比分析。根据应用于低压领域的特点,选择单稳态永磁操动机构作为研究对象。根据低压真空灭弧室的技术参数和所需机械特性对单稳态永磁机构的参数进行了整体设计。结合单稳态永磁机构的工作原理和运动特性,提出了一种改进型单稳态永磁操动机构。通过有限元分析软件对改进型单稳态永磁操动机构进行二维、三维的动静态特性仿真,并对仿真结果进行分析,验证了改进型机构符合真空灭弧室所要求的机械特性,具有实际的可行性。对改进型和传统型两种单稳态永磁机构的仿真对比分析,得出相同永磁保持力下,改进型机构所需永磁材料更少,且合闸特性基本不变的情况下分闸时间更短、速度更快。运用遗传算法对改进型永磁机构进行整体优化。以总体积最小为目标函数,建立优化模型,选择合适的优化变量和约束条件进行优化。优化后机构总体体积减小了15.3%。对优化后的机构进行动态的仿真分析,表明优化后机构的各项性能较优化前有了一定改善。搭建实验平台,通过对低压真空断路器分合闸速度进行实际测量,验证了改进型机构的可行性。结果表明,改进型机构符合真空灭弧室所要求的机械特性。
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