永磁机构的设计与同步开关.ppt

研发中心;::;双线圈式永磁机构 利用永久磁铁使真空断路器分别保持在分闸和合闸极限位置上 激磁线圈将机构的铁心从分闸位置推动到合闸位置，使用另一激磁线圈将机构的铁心从合闸位置推动到分闸位置 ;双线圈永磁机构在 分闸位置的结构简图 1—静铁心；2—动铁心； 3、4—永久磁铁； 5、6—分、合闸线圈； 7—驱动杆 ;双线圈永磁机构在 合闸位置的结构简图 ;确定产品的整体结构 确定产品的传动方式，传动比； 确定机构的合闸保持力； 确定机构的形式，结构等； 确定机构动铁心的体积； ;永磁机构静特性的计算（合闸保持力的计算） 永磁机构动特性的计算 ; 确定永磁机构动铁心的截面积； 气隙磁场(或磁通)不变化的磁路，称为静态磁路 必须考虑机构的合闸保持力足以克服真空开关触头弹簧的反力 ;F--气隙1处产生的吸力，即永磁机构的合闸保持力； S1--气隙1处的截面积S1= St- Sg，即动铁心的截面积减去驱动杆的截面积； B1--气隙1处的磁通密度； ;采用磁路的方法进行计算 几点假设 认为磁场分别在动铁心、磁轭及永久磁铁的截面上均匀分布 动铁心在合闸位置时,铁心与磁轭看起来是紧密接触的，由于零件表面总是粗糟的，实际上存在一个小间隙，如图中的气隙1，设小间隙的长度为d1 当动铁心在合闸位置时，由于分闸端较合闸端的磁阻大20多倍，可以认为磁通全部通过合闸端，而在分闸端，磁通为零 ;磁路中包括三部分，永久磁铁，气隙部分和磁轭与动铁心的铁磁部分 根据克希霍夫第一定律，磁路中各处的磁通相等，即磁通和为零。 ;等效磁路图 ;根据克希霍夫第二定律，磁路中各处的总磁动势的代数和等于各部分的磁压降的代数和 左边表示永久磁铁的磁动势 等式右边第一项表示各部分铁磁材料所产生的磁位降 第二项表示各部分气隙产生的磁位降 ; di气隙长度，Si为磁通通过的有效截面积，μ0为空气磁导率 Φ1=2Φ2 B1=Φ1/S1 Bｍ=Φ2/Sｍ HmLm= H1L1+ H2L2+ H3L3+Φ1R1+Φ2R2 ;H1为动铁心平均磁场强度；L1为动铁心平均长度；H2与H3为磁轭各部分的磁场强度；L2与L3为磁轭各部分的平均长度；S1 为气隙1的截面积；B2为气隙2的磁感应强度，也近似等于永久磁铁中的磁感应强度；Sm为气隙2的截面积；Φ1为通过动铁心的磁通；Φ2 为通过磁轭的磁通；B1 为气隙1的磁感应强度 R1与R2分别为气隙1和气隙2的磁阻： ;由于铁磁材料的非线性，无法从式中求出铁磁材料的磁场强度和永久磁铁中的工作点的位置，此时，则需要采用迭代法进行求解 先设一个B1 Φ1= B1xS1 Φ1xR1, Φ2x R2 B1→Bm→ Hm Φ2→B3=Φ2/ S3→ H3 →H1 ;H1L1= HmLm-H2L2- H3L3-Φ1R1-Φ2R2 →B1 比较B1与 B1‘ , B1与 B1’差值在所规定的误差范围内，则认为B1就是所求的值。如果B1与 B1‘差值超过了误差范围，再将B1’作为下一步计算的初试值进行迭代计算 直到B1与 B1差值在小于所规定的误差，此时，可以认为所求出的B1为永磁机构动铁心中的磁感应强度 ;永磁机构计算值与测量值的比较 ;利用场的方法计算永磁机构的静态力 ;行程/mm;I/A;1.动态特性计算的目的 减小永磁机构的体积与成本 提高开关的平均刚分速度 减小控制单元的电流（提高控制单元的可靠性，降低控制单元的成本); 动特性计算是电路方程，动力学方程以及永磁机构运动过程中的磁场变化的综合 永磁机构动特性计算软件及试验验证; （直流电源）;开关及永磁机构的动作原理图;开　始;2;开关合闸行程—时间曲线;;机构在分闸位置结构示意图;行程/mm;;线圈参数的优化选择;; 线径d/mm; 国内及国外的永磁机构的产品可以看出，永磁机构的形状大致有两种，一种为圆形，另一种为方形。英国的WhippBourne 公司生产的GVR柱上真空断路器上的永磁机构，其形状为圆形。 ;假设两种机构的合闸，分闸保持力相同 其分、合闸线圈的窗口截面积分别相等 传动比相同（以传动比为1.57:1为例） 机构动铁心的行程相同 非工作气隙相同;;;电流I/A;电流I/A;;;不同传动比真空断路器的分闸特性;电流 I/A;能量 W/J;电流 I/A;传动比的选择（与结构有关） 设计真空断路器及永磁机构时，如果机构有足够的位置，并且传递环节也能够比较方便实现，尽量选择大传动比，例如1:1。 大传动比的永磁机构的体积较大，保证断路器的分、合闸动特性的情况下，它的线圈的驱动电流较小，断路器进行分、合闸时所需要的能量也较小。 电源及控制部分的元器件的额定容量较