永磁操動機(jī)構(gòu)磁場計(jì)算及動特性分析

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1、第22卷第6期沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)Vol.22No.62000年12月JoumalofShen終ngUniversityofTechnologyL七c.2000:文章編號1。叉)一16月《2(X刃)06一04如一以永磁操動機(jī)構(gòu)磁場計(jì)算及動特性分析,,高會軍林羊蔡志遠(yuǎn),(沈陽工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院遼寧沈陽1(X)23):,摘要在建立永磁操動機(jī)構(gòu)動態(tài)分析數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上采用有限元分析方法對永磁操動機(jī)構(gòu)激磁,,、、后的動態(tài)特性進(jìn)行計(jì)算得出了動鐵芯運(yùn)動過程中的機(jī)構(gòu)磁場分布線圈電流動鐵芯的位移運(yùn)動速,度及在運(yùn)動中受力隨時(shí)間變化的規(guī)律并比較了在兩種不同激磁方式下的機(jī)構(gòu)運(yùn)動特性及電壓大小對永磁

2、操動機(jī)構(gòu)運(yùn)動特性的影響.關(guān)健詞:;;動特性分析永磁操動機(jī)構(gòu)磁場計(jì)算尸:n:A中圖分類號d153文獻(xiàn)標(biāo)識碼永磁操動機(jī)構(gòu)自面世起就以其新穎的動作原z驅(qū)動桿理受到世界各國的普遍關(guān)注.和傳統(tǒng)的用于中壓,/等級真空斷路器的操動機(jī)構(gòu)相比永磁操動機(jī)構(gòu)冷二/濃的獨(dú)特之處在于結(jié)構(gòu)簡單、零件總數(shù)少、運(yùn)動部件少、可靠性高.設(shè)計(jì)永磁操動機(jī)構(gòu),關(guān)鍵之一在丫又于確定永磁操動機(jī)構(gòu)在激磁電路閉合后磁場分鬢委)布、線圈電流、動鐵芯位移、速度及機(jī)構(gòu)出力等參數(shù)隨時(shí)間變化的過程以確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性.國義聾丫卜勵(lì)磁回路口曰{/嘆{/l內(nèi)外對用于傳統(tǒng)電磁操動機(jī)構(gòu)的電磁鐵動特性/今門已/一刁,進(jìn)行了不少研究“j進(jìn)行永磁

3、操動機(jī)構(gòu)動特性,、、研究同樣不僅需要將電磁機(jī)械問題進(jìn)行藕,圖l永磁操作機(jī)構(gòu)通用結(jié)構(gòu)原理簡圖合而且還要考慮永磁體及非線性材料的處理問題.本文在建立永磁操動機(jī)構(gòu)動特性分析數(shù)學(xué)模電流通過,永久磁鐵利用動、靜鐵芯提供的低磁,、,型的基礎(chǔ)上對兩種不同的激磁方法分別進(jìn)行計(jì)阻抗通道將動鐵芯保持在上下位置而不需要,.得出了機(jī)構(gòu)在直流電壓激磁和電容放電激磁當(dāng)有動作信號時(shí),算任何機(jī)械聯(lián)鎖合閘或分閘線,,、下的動態(tài)特性并分析了直流電壓大小和電容起圈中的電流產(chǎn)生磁勢動靜鐵芯中由線圈產(chǎn)生始電壓大小對機(jī)構(gòu)運(yùn)動特性的影響.的磁場與永磁體產(chǎn)生的磁場疊加合成,動鐵芯連,同固定在上面的驅(qū)動桿在合成磁場力的作用

4、機(jī)構(gòu)工作原理,下在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)以規(guī)定的速度驅(qū)動開關(guān)本體盡管不同公司生產(chǎn)的永磁操動機(jī)構(gòu)具體結(jié)構(gòu)完成關(guān)合任務(wù).有所不同,通用原理結(jié)構(gòu)如圖.1所示從圖中可以,:,2計(jì)算理論與方程看出永磁操動機(jī)構(gòu)主要零件有靜鐵芯為機(jī)構(gòu),提供磁路通道;動鐵芯是機(jī)構(gòu)中唯一的運(yùn)動部2.1電磁場方程,;;本文由廠為邊界所組成的研究區(qū)域口由空氣件永磁體為機(jī)構(gòu)提供保持位置所需動力合閘和分閘線圈及輸出力的驅(qū)動桿.(包括線圈)區(qū)域、軟磁材料區(qū)域和永磁區(qū)域組當(dāng)斷路器處于合閘或分閘位置時(shí),線圈中無成,并假定研究區(qū)域?yàn)檩S對稱場域(見圖,2)線:收稿日期2(X幻一04一30:.,,,作者簡介高會軍(197卜)男黑龍扛佳木

5、斯人沈陽工業(yè)大學(xué)碩士生第6期高:會軍等永磁操動機(jī)構(gòu)磁場計(jì)算及動特性分析491廠n咫為作用在動鐵芯上的電磁力.(2)電容放電激磁電路,當(dāng)永磁機(jī)構(gòu)采用電容放電對線圈激磁時(shí)方又程(2)應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)?。?,+空氣祭I一cX爭(3)舊,,d飛一-。.,2竹=戶_一戶—dt‘.哪圖2磁場計(jì)算區(qū)域·;,式中C為電容量Uc為電容兩端電壓圈中電流方向中為垂直于(r,在磁場z)坐標(biāo)平面,,計(jì)算時(shí)矢量磁位A只有一個(gè)方向的分量A電磁3結(jié)果分析,場方程在:倉)坐標(biāo)平面采取如下形式3.1磁場分布、、刁I口A日1日A圖.,:--二‘v一二‘v一4示出了動鐵芯運(yùn)動過程中的磁場分布(’苦二、+(呀二、二一J門、

6、r、rr產(chǎn)’z、rz口日一日己圖a.,4為機(jī)構(gòu)處于保持位置時(shí)磁場的分布此時(shí)。;v;、,式中A二rA為磁阻率J為線圈區(qū)域的電合分閘線圈均無電流通過動鐵芯和靜鐵芯一.流密度,起為永久磁鐵形成一條低磁阻抗路徑而在動鐵作用在動鐵芯上的電磁吸力采用軸對稱坐標(biāo),芯底部的較大空間表明有較大的磁阻抗磁力線.下的麥克斯韋應(yīng)力張量方法計(jì)算15,q廣泛地分布于動鐵芯的上部.圖4b為機(jī)構(gòu)處于保2.2勵(lì)磁電路方程,持位置在分閘線圈通有電流某一瞬時(shí)的磁場分永磁操動機(jī)構(gòu)可以采用兩種不同的線圈勵(lì)磁布.隨著電流的增加,線圈產(chǎn)生的磁勢使磁場分.方法采用直流電壓勵(lì)磁和電容放電勵(lì)磁電路如布發(fā)生變化,通過下部氣隙磁

7、力線的數(shù)目逐漸增.圖,,3所示多而通過上部氣隙的磁力線數(shù)目卻逐漸減少,所產(chǎn)生的結(jié)果是在合成磁場的作用下動鐵芯同時(shí)受到了向上和向下兩個(gè)方向的作用力.而當(dāng)線,圈中的電流上升到一定值時(shí)動鐵芯所受到的向線圈,,下的力一旦超過向上的力就開始向下運(yùn)動并,,且隨著位移的增加底部氣隙的磁阻逐漸減小磁感應(yīng)強(qiáng)度大于上部氣隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度的程度越來越大,從而動鐵芯向下呈加速運(yùn)動.圖4C為動.圖3勵(lì)磁電路鐵芯運(yùn)動至行程一半時(shí)的磁場分布情況此時(shí)磁(l)直流電壓勵(lì)磁電路力線大部分通過下部氣隙.圖4d為動鐵芯運(yùn)動終,·如圖4a電路方程如下所示!,