真空斷路器永磁操動機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

1、真空斷路器永磁操動機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計摘要：本文將模擬退火法應(yīng)用于真空斷路器永磁操動機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，在對35kV真空斷路器永磁操動機構(gòu)進展磁路分析的根底上，建立了數(shù)學(xué)模型，并對其中的永磁體的主要參數(shù)進展了優(yōu)化計算，改變了原樣機永磁體的尺寸，可使樣機體積更孝本錢更低。關(guān)鍵詞：永磁操動機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模擬退火算法磁路計算1前言真空斷路器因其高可靠性、高穩(wěn)定性、免維護、壽命長等特點，多年來一直是中壓領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。操動機構(gòu)作為斷路器的執(zhí)行元件，其可靠性成為關(guān)鍵。近年來，一種電磁操動、永磁保持、電子控制的操動機構(gòu)受到廣泛關(guān)注。這種操動機構(gòu)由于取消了脫、鎖扣裝置，而采用永久磁鐵進展終端位置的保持，動作元件和零部件

2、數(shù)目明顯減少，因此可靠性大大進步。由于永磁機構(gòu)涉及到電路、磁場和機械部分，它的場域比擬復(fù)雜，因此用傳統(tǒng)的設(shè)計方法對永磁操動機構(gòu)的構(gòu)造尺寸、材料等參數(shù)進展選定往往不能到達最優(yōu)結(jié)果，需要借助于最優(yōu)化技術(shù)和計算機輔助設(shè)計方法才能到達產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計的目的。本文對35kV真空斷路器永磁操動機構(gòu)進展了磁路分析，建立了數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用一種隨機類全局優(yōu)化方法模擬退火法，對永磁操動機構(gòu)的核心部分永磁體的尺寸進展了優(yōu)化計算。2永磁機構(gòu)構(gòu)造的構(gòu)造形式和磁路分析圖1所示為雙穩(wěn)態(tài)、雙線圈永磁機構(gòu)示意圖。當斷路器處于分閘或合閘位置時，分合閘線圈無電流通過，永久磁鐵利用動、靜鐵心提供的低磁阻抗通道將動鐵心保持在分閘(合閘)位置

3、。當有合閘分閘動作指令時，合閘分閘線圈中通過電流，產(chǎn)生了與永久磁鐵相反方向的磁通，兩磁場疊加產(chǎn)生的磁場力使得動鐵心向合閘分閘位置動作，完成關(guān)合或斷開動作。3永磁操動機構(gòu)的數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化方法1、目的函數(shù)及設(shè)計變量由于真空斷路器大部分時間工作在合閘狀態(tài)，即操動機構(gòu)長期工作于合閘保持狀態(tài)，這就要求操動機構(gòu)可以提供可靠、持久、準確的保持力以克制觸頭彈簧反力及短路故障電流所造成的沖擊力。而永磁操動機構(gòu)所提供的靜態(tài)保持力是由永磁體磁通產(chǎn)生的，所以永磁體是永磁操動機構(gòu)的核心部分，需要對其尺寸進展優(yōu)化。在永磁體的各項尺寸參數(shù)中，永磁體的內(nèi)弧半徑與永磁機構(gòu)中動鐵心的半徑有著直接的關(guān)系(永磁體內(nèi)弧半徑=動鐵心半徑

4、+導(dǎo)磁塊厚度+永磁體與動鐵心之間的氣隙長度)，因此適當?shù)臏p小永磁體的內(nèi)弧半徑的同時可以減小整個永磁機構(gòu)本體的尺寸，從而到達使樣機更加小型化的目的。通過以上的分析，從本錢和尺寸方面考慮，本文以永磁體的體積為目的函數(shù)，即3、優(yōu)化方法模擬退火算法SiulatedAnnealingAlgrith是一種隨機類全局優(yōu)化方法，它來源于熱力學(xué)中固體物質(zhì)的退火冷卻過程。當某一個系統(tǒng)的溫度以足夠慢的速度下降時系統(tǒng)近似處于熱平衡狀態(tài)，最后到達系統(tǒng)本身的最低能量狀態(tài)。式中T控制參數(shù)，相當于退火溫度。在模擬退火算法的迭代尋優(yōu)過程中，T必須緩慢減少，正如退火過程中，假如溫度變化太快，系統(tǒng)會被凍結(jié)為一種亞穩(wěn)態(tài)一樣，控制參數(shù)

5、變化太快，會使優(yōu)化陷入部分極值點。模擬退火法具有全局優(yōu)化的性質(zhì)在于它不僅具有“下山性，而且具有“上山性，即在迭代過程中可以有條件承受目的函數(shù)衰退的設(shè)計點，但這種可能性隨著控制參數(shù)的減小而降為零；同時，模擬退火法在迭代過程中新點的選取由概率決定，新點的取值在統(tǒng)計上滿足一定的概率分布，這就使它可以跳出部分最優(yōu)區(qū)域而到達全局最優(yōu)點。同“貪心類算法(如最速下降法)ethdfSteepestDesent比擬，基于etrplis承受準那么的模擬退火法可以防止搜索過程陷入部分極小，并最終趨于問題的全局最優(yōu)解。模擬退火法可以處理任何連續(xù)或離散型變量，其搜索方式可以根據(jù)目的函數(shù)的變化自適應(yīng)調(diào)整。從數(shù)學(xué)上可以證明

6、，對任意目的函數(shù)，它總可以得到問題的全局最優(yōu)點。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.4操動機構(gòu)中永磁體的優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用模擬退火法對真空斷路器永磁操動機構(gòu)中永磁塊進展優(yōu)化設(shè)計時，詳細算法步驟如下：從表1中的優(yōu)化結(jié)果可以看出，優(yōu)化以后永磁體體積明顯減小，約為原來的92%，從制造本錢角度來講，降低了永磁操動機構(gòu)的本錢。由于設(shè)計變量(即扇形永磁體的內(nèi)弧半徑)有較大減小，使得永磁機構(gòu)的動鐵心直徑也明顯減小(動鐵心的半徑大小與永磁體的內(nèi)弧半徑僅相差一個常數(shù))，從而縮小了整個永磁操動機構(gòu)本體的尺寸，這對于正在向小型化方向開展的真空斷路器具有較實際的意義。5結(jié)論1.本文建立了以永磁體體積最小為目的函數(shù)的磁路計算數(shù)學(xué)模型。2.

7、本文應(yīng)用模擬退火法成功地對配35kV真空斷路器永磁機構(gòu)中永磁體進展了優(yōu)化設(shè)計。3.在滿足斷路器根本性能根底上，通過優(yōu)化設(shè)計減小了永磁體的尺寸，可使樣機更加小型化。參考文獻【1】林莘，永磁機構(gòu)與真空斷路器，機械工業(yè)出版社，2002年6月【2】Y.Li,J.Y.Xu,X.Lin,S.H.ang,Y.Tang,DesignandAnalysisfPeranentagnetiAtuatrfrVauuiruit/peaker,Pr.fIES2022,JejuIsland,Krea【3】李巖，王勝輝,林莘等，永磁操動機構(gòu)設(shè)計與分析軟件，高壓電器，2022年第1期【4】宋述忠，裴海鷹等，磁力雙穩(wěn)態(tài)操動機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計計算，高壓電器，2001年第6期【5】