油阻尼断路器性能分析及操作机构优化设计

摘要

油阻尼断路器具有过载反时限保护特性和短路瞬时保护特性。由于油杯中采用了粘度稳定的甲基硅油，所以油阻尼断路器保护特性受环境温度影响较小，广泛应用于通讯设备、电源、铁路机车、发电及自动化设备等行业。本文改进了以往对油阻尼断路器分离开来的研究方法，将脱扣器和操作机构结合起来进行研究，建立了油阻尼断路器整体仿真模型，对不同电流倍数下的模型进行了动态仿真及特性分析，并对操作机构部分进行了优化设计。
　　首先使用CMM（三坐标测量仪）对断路器内部尺寸进行了实际测量，运用三维建模软件Pro/ENGINEER建立并装配得到了断路器的三维实体模型，并对实体模型进行了干涉检查。将Pro/ENGINEER中的模型导入到多体动力学仿真软件ADAMS中。在ADAMS中根据实际情况设置材料属性，根据实际运动和受力情况添加约束副、接触副。在手柄、衔铁和铁心等零件上添加了柔性力以及随时间变化的作用力，并把ANSYS算出的在不同气隙、电流和衔铁转角下的电磁力数据表和流体力学计算软件Fluent计算得到的在不同速度下的油阻尼力数据表添加到了ADAMS中，得到了油阻尼断路器整体动力学仿真模型。
　　然后对仿真时不同时刻的通入电流值进行了设置，在不同电流倍数下对模型进行仿真计算，研究了动态模型在不同倍数电流下铁心速度、气隙大小、衔铁旋转角度、动触头速度、铁心受力变化情况以及断路器动作时间等特性，得到了断路器在正常、过载、短路电流下的动态特性。本文还对之前分离模型不能解决的铁心位置问题做了研究，得到了不同电流下断路器分断时的铁心位置。
　　本文将整体模型仿真结果、实验结果和分离模型的仿真结果进行对比，证明了整体模型比分离模型仿真结果更接近实际情况，说明整体模型仿真考虑了两部分在动作衔接的过程对断路器性能的影响，减小了仿真的误差。
　　最后在得到的仿真数据基础上进行分析总结后，对断路器的机构部分进行了优化设计。本文对扭簧参数以及静触头的位置进行设计研究，把对断路器分断速度影响较大的静触头Y坐标、扭簧刚度值和初始力作为变量进行了优化分析，提高了断路器的分断平均速度，优化了机构的分断能力。
　　本文的研究为油阻尼断路器改进设计及新产品的开发提供了设计手段，对开发高分断能力的断路器具有重要的意义。

目录

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 油阻尼断路器的国内外研究现状及发展前景

1.3 虚拟样机技术的优势及在低压电器上的应用

1.4 本论文主要研究内容

第二章 油阻尼断路器三维实体模型的建立

2.1 概述

2.2 建立油阻尼断路器三维实体模型

2.3 本章小结

第三章 油阻尼断路器动力学仿真

3.1 ADAMS软件简介

3.2 基于ADAMS建立油阻尼断路器动态仿真模型

3.3 油阻尼断路器动态性能仿真

3.4 动态仿真结果验证及其分析

3.5 本章小结

第四章 油阻尼断路器操作机构的优化设计

4.1 ADAMS参数化设计介绍

4.2 对油阻尼断路器机构进行参数化设计

4.3 本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢