一種新型高壓斷路器電力傳動(dòng)裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)特性分析_圖文

1、 (b The flowchart of optimization algorithm Fig. 3. Total optimal design process of EMFA for HGCB D. 優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程 電磁場(chǎng)分析是使用二維有限元設(shè)計(jì)模型完成的，最后，動(dòng)態(tài)特性分析是結(jié)合 電磁場(chǎng)分析的結(jié)果和電與機(jī)械的耦合問(wèn)題使用時(shí)差法得到的。 圖 3(a演示了進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析的步驟。進(jìn)行了電氣與機(jī)械分析的預(yù)處理， 就很容易得到后處理結(jié)果(Bi.max , n , Felectric 。 在一個(gè)真正的機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題中， 目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算時(shí)間占用了總時(shí)間的大部分。 在這項(xiàng)研究中，結(jié)合確定性方法（模式搜索法）

2、的自動(dòng)調(diào)節(jié)小環(huán)境遺傳算法的開 發(fā)減少了調(diào)用目標(biāo)函數(shù)的數(shù)量并用于優(yōu)化設(shè)計(jì)【4】 。特別是，該算法比其他的優(yōu) 化算法具有優(yōu)先權(quán)，原因在于它產(chǎn)生了許多設(shè)計(jì)候選模型（候選模型） ，即使沒(méi) 有先前有關(guān)設(shè)計(jì)目標(biāo)的信息。圖 3(b展示了整個(gè)優(yōu)化過(guò)程。設(shè)計(jì)變量和條件在圖 3 中的初始化階段設(shè)定，概括在表。如果設(shè)計(jì)變量是由自動(dòng)調(diào)節(jié)小生境遺傳算 法給出，使用有限元二維模型分析磁場(chǎng)，從中對(duì)目標(biāo)函數(shù)和約束條件進(jìn)行計(jì)算。 同時(shí)，使用有限元磁場(chǎng)分析的預(yù)處理和后處理的信息，可以進(jìn)行應(yīng)力分析。當(dāng)算 法搜索在 100 次迭代中找到一個(gè)峰值(候選模型而結(jié)束時(shí)，優(yōu)化過(guò)程就完成了。 表 用于 HGCB 的 EMFA 的設(shè)計(jì)規(guī)格 目標(biāo)

3、函數(shù) 息弧區(qū)平均速度m/s 設(shè)計(jì)變量 銅線圈的高度(Hcmm 下插鐵芯的高度(Lcmm 靜鐵芯的厚度(Dmm 可動(dòng)線圈的外徑(C mm 設(shè)計(jì)參數(shù)要求 操動(dòng)電流峰值A(chǔ) 電壓降(容電器V 預(yù)燃弧時(shí)間ms 滅弧平均速度m/s 開斷 關(guān)合 <450 <100 <18 >3.2 >2.3 25 55 525 100 200 0.81.6 最大 假設(shè)靜鐵芯是疊片結(jié)構(gòu)(1.6mm,其厚度里面是 45mm,外面是 25mm . 動(dòng)態(tài)特性和優(yōu)化結(jié)果 一般來(lái)講，優(yōu)化過(guò)程中產(chǎn)生的四個(gè)設(shè)計(jì)候選方案都滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。表展示 了四個(gè)候選模型的規(guī)格，他們都將通過(guò)專家的比較調(diào)查。盡管由目標(biāo)函數(shù)值來(lái)

4、看 并不十分推薦模型 2， 但是考慮到其他特點(diǎn)EMFA 的總體積、 大型永磁體的制 造、厚線圈的繞制、輸入電流的峰值和電壓下降率，還是選擇模型 2 作為優(yōu)化設(shè) 計(jì)的結(jié)果。研究在最大氣吹力時(shí)機(jī)構(gòu)中電流密度(Hc 和 C 和環(huán)繞線圈的總磁通 最大并產(chǎn)生最大的操動(dòng)力和輔助永磁體與內(nèi)插鐵芯吸引力的組件在獲得強(qiáng)大的 操動(dòng)器中最重要。輔助永磁體與內(nèi)插鐵芯的磁吸力加上用來(lái)克服氣體高排斥力完 成操動(dòng)的洛倫茲力是一個(gè)非常有用的設(shè)計(jì)參數(shù)。圖 4 描述了與觸頭連接的 EMFA 的位移對(duì)接觸質(zhì)量和氣體排斥力的影響。此外，更高的電容電壓提供給線圈更大 的電流以提高其速度，這個(gè)系統(tǒng)是可控的。通過(guò)簡(jiǎn)單地控制輸入電壓得到的平

5、均 速度和它的特性廣泛地應(yīng)用于各種電壓等級(jí)斷路器的 EMFA。 Fig. 4. Displacement of the moving part connected with contacts by supplying the various capacitor voltages. . 總結(jié) 本文介紹了用于 HGCB 的 EMFA 的結(jié)合動(dòng)態(tài)特性分析的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程，并證 明了它能夠完成一個(gè)出色的用于 HGCB 的操動(dòng)器。在設(shè)計(jì)初級(jí)階段，通過(guò)動(dòng)態(tài)特 性分析，EMFA 可以用來(lái)預(yù)測(cè)機(jī)械穩(wěn)定性。此外，優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果說(shuō)明如何考慮設(shè) 計(jì)，以盡量減少峰值電流和能量衰減。最后介紹了用于 77.2kV/25kA

6、類型的高壓 氣吹斷路器的 EMFA 的優(yōu)化設(shè)計(jì)，這個(gè)設(shè)計(jì)是成熟的。 參考文獻(xiàn) 1 Jong-Ho, Kang and Hyun-Kyo, Jung, “Development and Characteristic Analysis of New type Actuator, Electro Magnetic driven Force Actuator applicable to High Voltage Circuit Breaker” The Fifth International Symposium on Linear Drves for Industry Applications, 25

7、-28 September 2005, pp. 383386. Jong-Ho, Kang and Hyun-Kyo, Jung, “Dynamic Behavior Analysis of Permanent Magnetic Actuator in Vacuum Circuit Breaker” The Seventh International Conference on Electrical Machines and Systems, 2004, pp.256259. B.A.R. Mckean and Dr. Reuber, “MAGNETS & VACUUM-THE PERFECT MATCH,” Trends in Distribution Switchgear, 10-12 November 1998, Conference Publication No.459. W. Kim, S. Kwak, J. Lee, D. Choi, H. Jung, K. Seong, and S. Hahn,“