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永磁操作机构真空断路器储能电容参数的选择

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-11-14 11:30:49    浏览次数:8
导读

  永磁操作机构真空断路器储能电容参数的选择_专业资料。永磁操作机构真空断路器储能电容参数的选择  维普资讯 筇 2期 ( 第 18期 ) 总 3 20 0 7年 4 月 1 西 电 力 SH A NX 1 EIECT R1 C P( W ER ) NO .2 ( r 3 Se .1 8) Apr 007 .2 永 磁 操 作 机 构 真 空 断

  永磁操作机构真空断路器储能电容参数的选择_专业资料。永磁操作机构真空断路器储能电容参数的选择

  维普资讯 筇 2期 ( 第 18期 ) 总 3 20 0 7年 4 月 1 西 电 力 SH A NX 1 EIECT R1 C P( W ER ) NO .2 ( r 3 Se .1 8) Apr 007 .2 永 磁 操 作 机 构 真 空 断 路 器 储 能 电容 参 数 的选 择 张 来 福 ( 西 电 力 科 学研 究 院 , 山 西 太原 山 0 00 ) 30 1 摘 要 :为 了确 定配 用 于真 空断路 器的永磁 操 作机 构分 、合 闸激磁 线 圈放 电 电容 参 数 ,进 行 了相 关 的理论 分析 和储 能放 电 电容 不 同 电容 量 下永磁 操 作机 构特 性 试验研 究 。在 永磁 操 作机 构分 、合 闸 过 程 中。电容 器的放 电过程 必 须是 阻尼情 况 ,由此 可 确 定储 能 放 电 电容 的参 数 基 值 。其 最 终值 , 应 在调 试 真 空断路 器动 态指 标 的过程 中确 定。 关 键词 :永磁 操 作机 构 ;真 空 断路 器 ;储 能放 电电容 ;参 数 选择 中图分 类号 : M5 1 2 F 6 . 文献标 识 码 :人 文章 编号 :1 7 3 0 2 0 ) 20 0 - 3 卜0 2 (0 7 0 —0 10 6 0 引 言 永磁 操作 机 构作 为真 空断路 器 的驱 动元 件 ,近 年 来 ,随着 真空 断路 器 的广 泛 应用 ,特 别是 钕铁 硼 等 高储 能密 度永磁 材料 制造 技 术 的发展 、成 熟 及成 功 应用 ,加之 现 代 电力 电子技 术 的进 步 ,已 引起 了 人们更 多 的关注 … 。 化 ,无 油化 ,智 能化 方 面发 展 ,需 要 耐 候 性 更 好 、 免 维护 、高可 靠性 、高 稳 定 性 的 真 空 断路 器 产 品 。 采用 永磁 操作 机 构不 仅 可 以大大 简化 断路 器操 作机 构 的零部 件 数量 ,提 高 可靠性 ,同时 永磁 操作 机构 出力 特性 能 够很 好 地 和 真 空 断 路 器 的 开 断 性 相 吻 合 ,有 利于 电弧 熄灭 。另 外 采用 固封 极柱 结构 的真 空 断路 器还 可消 除 真空 泡表 面爬 电现 象 。 中 压真 空 断路 器 用 途 宽 广 ,应 用 领 域 遍 及 电 永磁 操作 机 构具有 以下特点 :第一 ,永 磁操 作 机构 的 出力特 性 北 常接 近 真 空 断 路 器 的 负 载 特 性 , 力 、冶 金 、石 化 、交 通 、建筑 等 行业 ,而 永磁 操作 机构 可 以 与 真 空 断 路 器 进 行 完 美 的 匹配 。可 以预 见 ,永磁 操作 机 构 中压 真空 断路 器具 有广 阔 的应用 前景 。 可 以 与真空 灭弧 室直接 相 连 ,减少 了传 动机 构 的零 部件 数量 ,可以提 高产 品 的结 构刚 性 ,有助 于减小 触 头弹 跳 ,提 高 刚 分 速 度 ,同 时 由于 零 部 件 数 量 少 ,结 构简单 ,使 开关 机 械 系统 可靠 性 大 大 提 高 ; 第二 ,永磁操 作机 构采 用新 的工 作 原理 ,将 电磁 机 在 永 磁操 作 机构 中 ,驱使 动铁 芯 运动操 作 的 能 量来 自于电容 器 的 电场储 能 。 电容器 预先被 充 以一 定 的电 压 ,当 进 行 操 作 时 ,它 向 激 磁 线 圈 释 放 能 构 与永 久磁铁 有机 地结 合起 来 ,避 免 了分合 闸位置 机构 脱 扣 、锁 扣 系统所 造成 的不利 因素 ,无 需 任何 量 ,这样 电场 储 能被 转换 成 磁场储 能 ,磁 场能 量再 被转换 成 动铁 芯 运动 的机 械 能 。储 能 电容 器 的参 数 直接 影 响着 配用 永磁 操作 机构 的真空 断路器 的分 合 闸动 态性 能 。 机械 能 而通过 永 久磁铁 产 生 的保持 力就 可 以使 真空 断路 器 保持在 分 、合 闸位置 上 ,配 置 电子控 制 系统 可实 现真 空断 路器 的 全部功 能 。 目前 ,在 我 国中压 开 关领域 真 空断路 器 的应 用 已越来越 广泛 。根 据高 压 开关行 业 协会 公布 的统 计 数 字 ,在 1 V 级 ,真 空 断 路 器 已 占绝 对 优 势 , 2k 1 9 年 真 空 断 路 器 占 7 . 7 , 2 0 年 占 98 9 2 02 9 . 7 ,2 0 2 2 0 3年 达 到 9 . 6 。在 4 . V 级 , 5 7 05 k l 永 磁 操 作 机 构 驱 动 回路 电路 模 型 永磁 操作 机 构分 、合 闸 过程在 电路 上 表现 为一 个 RI 串联 电 路 的 零输 入 响 应 问题 ,其 等 效 电路 c 如 图 1 。 真空 断路 器 与 S 断 路 器 平 分 秋 色 。同 时 ,用 电 F 图 1中 ,c为储 能放 电 电容 ,I为 激 磁线 圈 的 系统 对 断 路 器 的 性 能 要 求 也 越 来 越 高 ,为 向小 型 收 稿 日期 :2 0 一 ll 。修 回 日期 :2 O —卜3 0 6 I—0 0 70 0 等效 电感 ,R 为放 电 回路 的等效 电 阻 ,T为 绝 缘栅 双结 晶体 管 (G T) I B ,D 为 释 能二 级 管 ,i( )为 t 放 电电 流 。 作 者 简 介 :张 束 榴 (6一 ,f.I阿 f 人 .0 2年 毕 业 于 r 闰 科 I 7) 5 【 9 j I } 20 } l 院l l 究所 , 乜 : 研 - 锈级 I 师 。 程 在永 磁操 作 机构 分 、闸 过程 中 ,为保证 线 ’ 维普资讯 山 西 电 力 20 0 7年 第 2期 质 量 、惯量 、变形 、摩擦 以及操作 机构 线 圈 的动态 电感 、反 电势 甚 至 动态 电阻 都 是 算 不 准 的 ,所 以 , 这 里给 出 的仅 是 电容 电 压 基 值 2 0 V,电 容 基 值 2 2 0 F,它 们都 在合 理 并容 易实 现 的 范 围之 内 , 00 0肚 而 它们 的最 终值 ,则应 在 配 上真实 系统 以后 ,在 调 试 动态指 标 的过程 中确 定 。 3 永 磁 操 作 机 构 分 、合 闸 动 作 过 程 特 性 测 试 及 分 析 图 1 永 磁 操 作 机 构 驱 动 回路 等效 电路 对研 制 1 V 真空 断 路器 用 永 磁操 作 机构 分 、 k 2 的电流 保持 一 个方 向 ,电容器 的放 电过程 只能是 阻 尼 情况 ,即满足 R>2 f 。 阻尼 情况 下 的 电容放 电 电流典 型 曲线 。 U i U 【 I 合 闸 动 作 过 程 中 的 速 度 、电 压 、 电流 特 性 进 行 测 试 。测试 时考 虑到 了真 空灭 弧室 在合 闸状 态下 的触 头 反 力 对 分 闸 的 作 用 。 储 能 放 电 电 容 电 压 为 2 0V,电 容 量 分 别 为 9 4 0 F 1 0 肛 和 2 0 , 4 0 F 9 5 0 F。测 试结 果 如表 1 00 0肚 所示 。 表 l 不 同 电 容量 时 永 磁 操 作 机 构 特 性 测 试 l: — 一 \ / 图 2 阻 尼情 况 下 的 电 容 放 电 电 流 典 型 曲 线 在 确定 电 容 ( 的 参数 的 理 论 计 算 中 , 曾经 指 、 出 , 值应 大于 1 0 F 0 0肚 ,否则 会产 生衰 减振 荡 , 7 2 永 磁 操 作 机 构 储 能 放 电 电容 基 值 的确 定 利用 电磁 场有 限元 方法 计算 了所 设计 的 四线 圈 但 是 ,从永 磁机 构特性 测 试结 果可 以看 出 ,实 际上 在 c值 小 于 1 0 F 70 0肚 的一 定 范 围 内 ,并 未 发 生 振 荡现 象 。这 是 因为 ,在 确 定 电 容 的 参 数 的理 论 计算过 程 中 ,是从 静态 情况 下考 虑 的 ,而永 磁机 构 双稳 态永 磁操 作机 构 动铁心 在不 同位 置 、在分 闸线 圈 中通 不 同电 流值 时分 闸线 圈 的静 态 电感 。 有 限元 计算 结 果表 明 ,当 动铁 芯 在 合 闸 位 置 , 的分 、合 过 程 则 是 一 个 动 态 过 程 。 在 值 小 于 1 0 F 70 0肚 的一定 范 围 内 ,电 容 C放 电 回 路 的 振荡 周 期远 大 于永磁 机 构的分 、合 闸过 程 完成 时 间 。例 分闸线 圈 电感 L值 约 为 0 1 . 2 H。另 外 ,分 闸 线Q,根 据 前 述 讨 论 ,放 电 电 容应 满 足 :C> 4 R。 1 0 F。 I/ 一 7 0 0 u 如 ,设 =1 0 F 00 0肚 ,则 电 容 C放 电 回路 的振 荡 角频 率 为 如果 取 电容初 始 电压 U 2 一2 0 V,(一 2 0 ’ 000 肚 F,则 在 电 容 C开 始 放 电之 后 ,在 动铁 心 进 行 分 · 闸 动作之 前 , 电 容 C 两端 的 电 压 及 其 放 电 电流 将 按式 ( )及式 ( )变 化 1 2 “. 3 .9 一’ 。 一 94 — 7 —1 5.1 - 一 , (1 ) ( 2) _ 一 ) .rs ㈥ √ ( 5a , 4d / 振荡 周期 为 了、 2 一 E一 3 s 39 m _ 。 ( 4) i 17 一 0 .4 ( 一 · e 一 e - ) 。 一 而永 磁机 构分 闸过 程完 成时 间 为 在 接 到 分 闸 命 令 后 约 2 0 ms时 , 电 流 达 到 2 5A,分闸 电磁力 为 8 0 N,分 闸应 可顺利 进行 。 0 要指 出 的是 ,分 闸的开 始并 不在 电路 合上 后分 闸 电磁力 由负 转正 即完 全 “ 解锁 ”之 时 ,而应 在此 ‘ 平速 … ( r 闸均度 ” 一 骊霸蕊 …。 ~ 分 5 ) 可 见 ,电 容 C放 电 回 路 的 振 荡 周 期 比永 磁 机 构分 闸过 程 完 成 时 间 大 得 多 ,在 电 容 C放 电 回路 的 电流 方 向 改 变 之 前 ,永 磁 机 构 分 闸 过程 早 已完 之前 ,因为真 空 断 路 器 触 头 有 比较 强 的 反 作 用 弹 簧 ,当 “ 锁 ”达 到某 种程度 以后 ,动铁 芯就会 从 解 合 闸 保持状 态松 动 ,但是 整 个运 动部分 各 个环节 的 · ‘ 2 成 。不过 ,虽 然 在 C值 小 于 1 0 F的一定范 围 70 0肚 内 ,并不 发 生 振 荡 现 象 ,但 是 ,在 电 容 ( 值 过 小 ’ 维普资讯 张 来 福 :永 磁 操 作 机构 真 空 断 路 器 储 能 电 容 参 数 的 选 择 时 ,经 过一 次 永磁 机 构 分 闸 过 程 ,电 容 C两 端 的 表 2 四线 圈双 稳 态 永 磁 操 作 机 构 真 空 断 路 器 特 性 测 试 电压 减 小很 大 ( (一 1 0 F时 ,经 过 一 次 永 在 、 00 0t t 磁机 构 分 闸 过 程 ,电 容 c 两 端 的 电 压 减 小 达 5 4 V) ,如 果在 电 容 C不 充 电 的 情 况 下 ,要 求 永磁 机 构合 闸 ,是很 不 利 的 。另 外 ,(值 的 大小 还 将 直接 ’ 影 响配 用永 磁操 作机 构的 真空 断路 器 的动 态特 性指 标 ,特 别是 分合 闸速 度 的大小 。在 基值 确 定后 ,如 前所述 ,其最终 值 ,应在 配上 真实 系统 以后 ,在调 试真空 断路 器动 态指标 的 过程 中确 定 。在本 研 究项 M中 ,实际 装 配 断 路 器 时 ,储 能 电 容 C 的 参 数 最 后 确定 为 :2 0V, 10 0 0 F。表 2是 四线 稳 态永 磁操作 机 构真 空断 路器 特性 测试 结果 。 4 结 束 语 永 磁操作 机 构分 、合 闸过程 在 电线 上表 现 为一 个 R I 串联 电路 的零 输 入 响 应 问题 。在 永磁 操 作 【 机 构分 、合 闸过 程 中 ,为 保证线 圈 中的电 流保 持一 个方 向 ,电容器 的放 电过 程 只能是 阻尼情 况 ,由此 参考文献 : CI ] 1uli . vi ulc c ib ek rwi ema e tma nt )l A ̄u n i ut ra e t pr n n g ei nE e r — h c a tao r rq eto eain[ ] E E It n.S rp cutrf e un p rt of o J .I E 8h[t y . u o n DEI Ei d o e V n h v n. 1 9 8 — 91 82 9 6 8 6 . i 确定 储能 放电 电容 的基 值 。而 永磁机 构 的分 、合 i f 过 程则 是一 个动 态过程 ,真空 断路 器整 个系统运 动 部 分各 个环 节的 质量 、惯量 、变形 、摩 擦 以及操 作 机 构线 圈 的动态 电感 、反 电势 甚至 动 态电 阻都 是难 [ 3 f 万安 .术‘ 2 ’ f 蕾韫.高 断路 器永磁操作机构的研 究 [3 中 J. 闲 电机 l程学 报 .2 0 . 2 ( ) l2 . 00 0 8 :2 一6 [3 游一明 ,郑军.罗文科.永磁机构及j 发展动态 [3 高压 3 士 J. 电 器 .2 0 。3 ( ) I d . 0 l 7 1 :一 7 卜 以准确计 算 的 ,所 以储 能放 电电 容的最终 值 ,应 在 配 . 真 实系统 以后 ,在 调 试真 空断 路器 动态 指标 的 f : 过 程 中确定 。 r] 游 一 民 . 陈 德桂 ,孙 志 强 。 等 . 慕 于 动 态 分 析 的 永 磁 机 构最 1 件 没 讣 参 数 的 选 择 [ ] 电 电 能 新 技 术 ,2 0 . 2 ( ) J, 04 3 1: l 一 6 3 . l Pa a e e e e to f En r y St r g pa io r m t r S l c i n o e g o a e Ca c t r Us d i c u Cic t Br a e i e y Pe m a e a ne i t a o e n Va u m r ui e k r Dr v n b r n ntM g tc Ac u t r ZH ANG if La- u ( ha iEl c rc Po r Re e r h I tt t S nx e t i we s a c nsiu e, Tayu n , Sha i 0 00 Chi i a nx 3 01, na) Ab ta t n o d rt ee tt e p r me e so h n r y s o a e c p c t r u e n v c u cr u th e k rd i e y p r — s r c :I r e o s lc h a a t r ft ee e g t r g a a io s d i a u m ic i r a e r n b e ma v n n mg e i a t a o . t i p p r ma e h n e r l t d t e r t a n ls sa d t ec a a t rs i l s e e r h o e ma e t e tn n te c u t r h s a e k s t e i t r e a e h o e i la a y i n h h r c e i t e tr s a c fp r n n c c ma n t c u t r p we e y e e g t r g a a i ro if r n a a i n e I h p n n rc o i g c u s ft e p r a g e i a t a o o r d h n r y s o a e c p ct fd fe e tc p ct c . n t eo e i g o ls n o r e o h e m — c o a n n g e i a t a o , t ed s h r e o h n r y s o a e c p c t r mu tb a p d B s d o h s r q i me t t e b sc e tma n t c u t r h ic a g ft e e e g t r g a a io s e d m e . a e n t i e u r c e n , h a i p r n c o so h n r y s o a e c p ct r c n b ee t d Th a tc p ct n e v l e o a a t r s o l e d f e n t e a a l t r ft e e e g t r g a a i a e s lc e . o e l s a a ia c a u f p r me e h u d b e i d i h n p o e s o e u g n y a c id x o a u m i u t1 e k r r c s fd h g i g d n mi n e fv c u cr i ) a c . c r Ke r s e ma e tma n t c u t r v c u cr u tb a e ; e e g t r g a a i r y wo d :p r n n g e i a t a o ; a u m ic i r k r n r y s o a e c p c t ;p r me e ee t n c o a a t rs lc i o 迎 投稿 来 稿 务 请 注 明联 · 3 ·

 
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