并聯(lián)雙線圈電磁系統(tǒng)的設計精品資料

1、并聯(lián);身圈隹L1:系統(tǒng)的i電器工業(yè)»2014年弟四期1電磁系統(tǒng)工作原理以U型電磁鐵為例加以說明鐵心上兩個繞組并聯(lián)電磁鐵結構原理如圖1(a)所示在銜鐵吸合的過程中兩個線圈并聯(lián)運行作為激磁源當銜鐵運動到適當位置斷開起動線圈由保持線圈單獨工作。線圈工作原理如圖1(b)所示常閉開關S由銜鐵位置控制。在開始吸合時S處丁閉合狀態(tài)兩線圈并聯(lián)丁電路中此過程中系統(tǒng)安匝數(shù)有兩線圈共同提供總的安匝數(shù)很大銜鐵受到的電磁力足以克服反力開始運動使銜鐵向鐵心靠近當銜鐵達到適當位置時S打開啟動繞組所在支路斷開但由丁泄流二極管D的存在啟動繞組電流經(jīng)過一個泄放的過程逐漸變?yōu)榱愦撕蠡芈分兄挥斜３掷@組工作此時電流較小安匝數(shù)

2、小但銜鐵已經(jīng)有了較大的運動慣量將繼續(xù)靠近鐵心運動使氣隙減小繞組仍能產(chǎn)生足夠大的吸力使鐵心全閉合并符合觸頭壓力的要求由丁保持繞組的安匝數(shù)較小故可大幅減小損耗；而運動過程中切換電流也減小了全閉合時的運動慣里2電磁系統(tǒng)的應用應用上述結構對690V/1250A控制與保護開關電器的電磁系統(tǒng)進行設計從其工作原理可以看出合閘過程中起動線圈起主要作用而保持臺匕北耗取決丁保持線圈因此設計時可適當調(diào)整起動線圈電流來優(yōu)化電磁系統(tǒng)吸合特性在滿足觸頭壓力的情況下盡里減小保持線圈安匝數(shù)以減小保持臺匕北耗銜鐵和靜鐵心的設計可根據(jù)反力特性按傳統(tǒng)方法進行初算電磁系統(tǒng)及反力系統(tǒng)如圖2所示從圖中可看出其反力主要包括反力彈簧的拉力、

3、主觸頭彈簧拉力、運動部件重力以及緩沖彈簧作用力合閘過程中電磁吸力克服系統(tǒng)反力做功使銜鐵吸合其靜態(tài)反力特性如圖3所示對丁分斷過程分斷時問可以計算；下文中將介紹采用Arsoft：3D瞬態(tài)求解器對其合閘的動態(tài)過程進行仿直分析2.1仿直模型的建立及材料的分配由丁傳統(tǒng)的靜態(tài)特性分析不臺匕北/曰出有效的動態(tài)特性本文采用MaxwellAnsoft3D電磁場瞬態(tài)求解器對其動態(tài)特性進行分析仿直模型包括銜鐵、靜鐵心、起動繞組、保持繞組、運動域和計算域六個部分組成其3D仿直模型如圖4所示由丁該模型較為簡單可在Ans>oft工作界面中直接建立模型每個部分都需要設置材料的屆性為了減少速度通里的影響必須考慮在分合閘

4、過程中電磁體中渦流的影響所以動靜鐵心的材料設置為硅鋼片；兩線圈材料設置為銅；其余部分材料設置為空氣2.2激勵的施加和邊界條件的給由丁需要在和閘過程中對勵磁繞組進行控制以實現(xiàn)由雙線圈工作切換為保持線圈單獨工作。因此需要引入外部電路作為激勵源和Ansoft進行聯(lián)合仿直/、通過場路耦合來實現(xiàn)勵磁繞組的特殊激勵。外掛電如圖5所示。外電路中電感名稱要和模型中將要添加的繞組名稱一致否則將無法調(diào)用二維瞬態(tài)場中邊界條件包括磁場強度切向分里包為零邊界條件絕緣邊界條件一r,對稱邊界條件和主從邊界條件。該模型中系統(tǒng)同默認的邊界條件比較合適因此不需要制其邊界條件。2.3模型的剖分和求解設根據(jù)本次仿直/、分析的需要采用

5、手工剖分的方法對模型進行剖分。首先因為要研究銜鐵的運動特性所以運動域和銜鐵的網(wǎng)格剖分需要加密一些；靜鐵心和勵磁線圈尺寸在一個數(shù)里級且都屆丁固件其網(wǎng)格尺寸可稍微放大求解域的網(wǎng)格尺寸可以設到更大。按以上原則設網(wǎng)格尺寸然后進行剖分即可。仿直模型模型剖分結果如圖6所示。剖分畢后還要義銜鐵運動的機械屆性。因為運動部件是銜鐵所以需要對銜鐵在運動區(qū)域內(nèi)的機械運動屆性進行設。首先對運動方式和運動的參考方向進行設；然后對運動范圍進行設需要注息的是軟件內(nèi)部規(guī)運動部件和固部件不臺匕北接觸故運動范圍應稍小丁氣隙范圍；最后是對運動初速度、運動部件質(zhì)里、阻尼系數(shù)和系統(tǒng)反力的設因為銜鐵與動觸頭及一些緊固件相連應把這些物體的

6、質(zhì)里歸算到銜鐵上。3仿直結果對比分析應用上述方法對額電壓為110V的并聯(lián)雙線圈電磁系統(tǒng)進行分析和研究。仿直時問為160ms步長為1ms。分別對單線圈和并聯(lián)雙線圈電磁系統(tǒng)動態(tài)特性進行了仿直。從仿直結果可見并聯(lián)雙線圈到的啟動電流最大值為14.18A在60ms時起動繞組斷開其電流逐漸變?yōu)榱惚３掷@組電流穩(wěn)后在0.53A左右而相同安匝數(shù)的單線圈穩(wěn)保持電流為21.：24A其電流-時問特性對比曲線如圖7所示。如圖8所示在12.5ms時吸力等丁反力之后吸力均大與反力并且趨勢相同兩者配合良好。根據(jù)觸頭系統(tǒng)的計算觸頭終壓力不小丁275N即可雙線圈電磁系統(tǒng)銜鐵停止運動時每個觸頭上的壓力約為440N;單線圈電磁系統(tǒng)每

7、個觸頭壓力約為1800N兩者均符合設計要求但單線圈結構由丁觸頭壓力過大單線圈結構觸頭發(fā)生冷汗現(xiàn)象的可臺匕北性增大銜鐵的位移-時問特性和速度-時間特性對比圖分別如圖9和圖10所示。從圖9可知單線圈結構銜鐵在52ms是構銜鐵在66ms是全閉并聯(lián)雙線圈結構銜鐵和1.073s)，m單線圈結構兩1.655s，m。通過對仿直結和雙線圈切換結構的主所示。表1給出了并聯(lián)構和傳統(tǒng)單線圈電磁系對比刖者與后者相比撞慣里也有明顯減小命但合閘時問稍長。4結論通過對并聯(lián)雙線圈電磁例的仿直/、分析/曰出以線圈電磁系統(tǒng)雙線圈切合過程和保持過程分別結構參數(shù)優(yōu)化。(2)解器對電磁系統(tǒng)動態(tài)特直觀性好、計算精確的大(3)與傳統(tǒng)單線全閉合而雙線圈結合。從仿直結果可/曰出鐵心接觸時速度為者接觸時的速度為果的分析/曰出傳統(tǒng)結構要性臺匕北參數(shù)對比如表1雙線圈切換電磁系統(tǒng)結統(tǒng)結構主要性臺匕北參數(shù)的可以節(jié)省96%）的電臺匕北碰提高了電器的使用壽系統(tǒng)的研究及對應用實下結論:(1)并聯(lián)雙換簡單容易實現(xiàn)吸由兩個線圈控制便丁利用M<ixwej