永磁操动机构磁场计算及动特性分析

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1、第22卷第6期沈阳工业大学学报Vol.22No.62000年12月JoumalofShen终ngUniversityofTechnologyL七c.2000:文章编号1。叉)一16月《2(X刃)06一04如一以永磁操动机构磁场计算及动特性分析,,高会军林羊蔡志远,(沈阳工业大学电气工程学院辽宁沈阳1(X)23):,摘要在建立永磁操动机构动态分析数学模型的基础上采用有限元分析方法对永磁操动机构激磁,,、、后的动态特性进行计算得出了动铁芯运动过程中的机构磁场分布线圈电流动铁芯的位移运动速,度及在运动中受力随时间变化的规律并比较了在两种不同激磁方式下的机构运动特性及电压大小对永磁

2、操动机构运动特性的影响.关健词:;;动特性分析永磁操动机构磁场计算尸:n:A中图分类号d153文献标识码永磁操动机构自面世起就以其新颖的动作原z驱动杆理受到世界各国的普遍关注.和传统的用于中压,/等级真空断路器的操动机构相比永磁操动机构冷二/浓的独特之处在于结构简单、零件总数少、运动部件少、可靠性高.设计永磁操动机构,关键之一在丫又于确定永磁操动机构在激磁电路闭合后磁场分鬓委)布、线圈电流、动铁芯位移、速度及机构出力等参数随时间变化的过程以确定机构的运动特性.国义聋丫卜励磁回路口曰{/叹{/l内外对用于传统电磁操动机构的电磁铁动特性/今门已/一刁,进行了不少研究“j进行永磁

3、操动机构动特性,、、研究同样不仅需要将电磁机械问题进行藕,图l永磁操作机构通用结构原理简图合而且还要考虑永磁体及非线性材料的处理问题.本文在建立永磁操动机构动特性分析数学模电流通过,永久磁铁利用动、静铁芯提供的低磁,、,型的基础上对两种不同的激磁方法分别进行计阻抗通道将动铁芯保持在上下位置而不需要,.得出了机构在直流电压激磁和电容放电激磁当有动作信号时,算任何机械联锁合闸或分闸线,,、下的动态特性并分析了直流电压大小和电容起圈中的电流产生磁势动静铁芯中由线圈产生始电压大小对机构运动特性的影响.的磁场与永磁体产生的磁场叠加合成,动铁芯连,同固定在上面的驱动杆在合成磁场力的作用

4、机构工作原理,下在规定的时间内以规定的速度驱动开关本体尽管不同公司生产的永磁操动机构具体结构完成关合任务.有所不同,通用原理结构如图.1所示从图中可以,:,2计算理论与方程看出永磁操动机构主要零件有静铁芯为机构,提供磁路通道;动铁芯是机构中唯一的运动部2.1电磁场方程,;;本文由厂为边界所组成的研究区域口由空气件永磁体为机构提供保持位置所需动力合闸和分闸线圈及输出力的驱动杆.(包括线圈)区域、软磁材料区域和永磁区域组当断路器处于合闸或分闸位置时,线圈中无成,并假定研究区域为轴对称场域(见图,2)线:收稿日期2(X幻一04一30:.,,,作者简介高会军(197卜)男黑龙扛佳木

5、斯人沈阳工业大学硕士生第6期高:会军等永磁操动机构磁场计算及动特性分析491厂n咫为作用在动铁芯上的电磁力.(2)电容放电激磁电路,当永磁机构采用电容放电对线圈激磁时方又程(2)应转变为。一;,+空气祭I一cX争(3)旧,,d飞一-。.,2竹=户_一户—dt‘.哪图2磁场计算区域·;,式中C为电容量Uc为电容两端电压圈中电流方向中为垂直于(r,在磁场z)坐标平面,,计算时矢量磁位A只有一个方向的分量A电磁3结果分析,场方程在:仓)坐标平面采取如下形式3.1磁场分布、、刁I口A日1日A图.,:--二‘v一二‘v一4示出了动铁芯运动过程中的磁场分布(’苦二、+(呀二、二一J门、

6、r、rr产’z、rz口日一日己图a.,4为机构处于保持位置时磁场的分布此时。;v;、,式中A二rA为磁阻率J为线圈区域的电合分闸线圈均无电流通过动铁芯和静铁芯一.流密度,起为永久磁铁形成一条低磁阻抗路径而在动铁作用在动铁芯上的电磁吸力采用轴对称坐标,芯底部的较大空间表明有较大的磁阻抗磁力线.下的麦克斯韦应力张量方法计算15,q广泛地分布于动铁芯的上部.图4b为机构处于保2.2励磁电路方程,持位置在分闸线圈通有电流某一瞬时的磁场分永磁操动机构可以采用两种不同的线圈励磁布.随着电流的增加,线圈产生的磁势使磁场分.方法采用直流电压励磁和电容放电励磁电路如布发生变化,通过下部气隙磁

7、力线的数目逐渐增.图,,3所示多而通过上部气隙的磁力线数目却逐渐减少,所产生的结果是在合成磁场的作用下动铁芯同时受到了向上和向下两个方向的作用力.而当线,圈中的电流上升到一定值时动铁芯所受到的向线圈,,下的力一旦超过向上的力就开始向下运动并,,且随着位移的增加底部气隙的磁阻逐渐减小磁感应强度大于上部气隙的磁感应强度的程度越来越大,从而动铁芯向下呈加速运动.图4C为动.图3励磁电路铁芯运动至行程一半时的磁场分布情况此时磁(l)直流电压励磁电路力线大部分通过下部气隙.图4d为动铁芯运动终,·如图4a电路方程如下所示!,