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《永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算和結(jié)構(gòu)分析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、2002年2月高壓電器第38卷第1期11文章編號(hào):1001-1609(2002)01-0011-03永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算和結(jié)構(gòu)分析王海峰,徐建源(沈陽工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院,遼寧沈陽110023)NUMERICALCALCULATIONOFMAGNETICFIELDANDSTRUCTUREANALYSISFORPERMANENTMAGNETICACTUATORWANGHaifeng,XUJianyuan(ShenyangUniversityofTechnology,Shenyang1100
2、23,China)摘要:提出3種永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu),并采用有限元法對(duì)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)模型有如下3種形式:(1)其進(jìn)行了磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算。通過分析計(jì)算結(jié)果,對(duì)3種永磁操永磁體緊靠動(dòng)鐵心,如圖1(a)所示;(2)永磁體緊靠靜動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較。此外,還計(jì)算了永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的鐵心,如圖1(b)所示;(3)永磁體占滿整個(gè)中間磁軛部動(dòng)態(tài)特性,通過計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析表明,用直分,如圖1(c)所示。上述3種永磁機(jī)構(gòu)的整體體積相接耦合法計(jì)算瞬態(tài)電磁場(chǎng)可以滿足工程設(shè)計(jì)的要求。同,(a)結(jié)構(gòu)永磁鐵的內(nèi)外半徑比(b)結(jié)構(gòu)要小,但高關(guān)鍵詞:永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu);動(dòng)態(tài)特性
3、;磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算度都相等,而(c)結(jié)構(gòu)高度與前2種相同,但寬度增加中圖分類號(hào):TM561文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A了,即體積增大了。所以,(c)結(jié)構(gòu)的永磁鐵體積最A(yù)bstract:Threekindsofstructureofpermanentmagneticactuator(PMA)arepresentedinthispaperandthefiniteelementmethod大,(b)結(jié)構(gòu)次之,而(a)的永磁鐵體積最小。此外,3(FEM)isadoptedtocalculatethemagneticfield.Thecalculation種結(jié)構(gòu)的
4、動(dòng)鐵心行程也相同,即它們的氣隙相同。在resultsareanalyzedandthePMAconfigurationsarecompared.Be分析中,3種結(jié)構(gòu)的合閘線圈匝數(shù)相同,線徑相同。sides,thePMAdynamicbehaviorissimulated.Itisprovedthattheresultswithdirectcoupledmethodmaymeettherequirementofengineeringdesign.Keywords:permanentmagneticactuator;dynamicbehavior;
5、magneticfieldnumericalcalculation1前言永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)有不同的結(jié)構(gòu)形式,但工作原理卻[1]大體相似。按照機(jī)構(gòu)在終端位置的保持方式,永磁[2]操動(dòng)機(jī)構(gòu)可以分為雙穩(wěn)態(tài)和單穩(wěn)態(tài)兩種形式。對(duì)于不同的斷路器結(jié)構(gòu),由于動(dòng)鐵心所受到的永磁吸力和出力桿的動(dòng)態(tài)特性不同,動(dòng)鐵心的行程不同,分、合閘動(dòng)作時(shí)間和速度也不相同,因而,永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)通過對(duì)上述3種永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)構(gòu)和參數(shù)就不相同。因此,對(duì)于不同的斷路器結(jié)構(gòu),算,得到了它們?cè)诓煌瑮l件下動(dòng)鐵心受到的電磁吸力需要對(duì)不同的永磁機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析,使得結(jié)和永磁機(jī)構(gòu)的磁場(chǎng)分布,通過
6、對(duì)結(jié)果的分析可以確定構(gòu)、參數(shù)和能耗達(dá)到最優(yōu)。筆者針對(duì)幾種10kV真空哪種結(jié)構(gòu)更合理,與斷路器的配合更好,以達(dá)到進(jìn)一斷路器的特性要求,設(shè)計(jì)了3種結(jié)構(gòu)的永磁機(jī)構(gòu),并步改進(jìn)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)的目的。對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)的計(jì)算。2數(shù)學(xué)模型及采用的數(shù)值計(jì)算方法收稿日期:2001-06-26;修回時(shí)期:2001-11-14以圓柱形永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)為例,按照軸對(duì)稱場(chǎng)來分12February2002HighVoltageApparatusVol.38No.1析計(jì)算。在圓柱坐標(biāo)系(z,r)下,由Maxwell方程組[3]
7、推得的非線性磁場(chǎng)的偏微分方程可展開為:v(rAs)vv(rAs)()+(()=-Js(1)rrrrrrz邊界條件為:一類邊界上rAs=rAs0v(rAs)二類邊界上=-Htrn式中:Ht為磁場(chǎng)強(qiáng)度的切向分量;n為邊界的法向方向;v為鐵磁物質(zhì)的磁阻率;Js為外施激磁電流密度。在軸對(duì)稱場(chǎng)中矢量磁位A只有s方向分量As。電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法有有限差分法、有限元[4]法、邊界元法和網(wǎng)絡(luò)圖論法等。對(duì)于不同的計(jì)算對(duì)象,各種計(jì)算方法的表現(xiàn)是不同的。有限元法對(duì)于非線性問題、材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)復(fù)雜的問題均十分有[5]效。由于永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)中永磁鐵具有非
8、線性材料特性,并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜,材料種類較多,所以采用有限元法進(jìn)行展開分析和計(jì)算。3永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)
