油阻尼断路器电动力的分析研究

摘要

油阻尼断路器的触头间的电动力的大小，会对断路器的工作产生影响。在额定工作电流条件下，电动斥力很小，不会对电器的工作造成影响。当出现冲击电流时，由于电流过大，磁感应强度会随之增大，此时感应出的电动力可能会造成接触系统的斥开，造成比较严重的后果。同时，较大的电动力有利于在短路情况发生时断路器的分断，在限流式断路器中可以利用这一点来提高分断能力。本文基于ANSYS软件，对油阻尼断路器触头间的电动力进行了分析研究。
　　首先，在ANSYS中建立触头系统的三维模型，利用电-磁耦合分析，对触头间的霍尔姆力和导体臂之间的洛伦兹力分别进行仿真，得到触头系统的电流密度分布，磁感应强度分布，触头和触头臂的受力云图及矢量图。通过理论值与仿真结果的对比验证了利用ANSYS求解电动力的可行性。并分析了影响霍尔姆力的主要因素，通过仿真得到了霍尔姆力随表面接触系数、接触压力和材料硬度变化的规律。同时分析了霍尔姆力对接触电阻的影响情况。
　　其次，在Visual C++中，利用MFC模块编写一个面向对象的Microsoft程序，实现了对ANSYS的后台调用，并实现接触压力随触头间斥力变化的动态过程的仿真。工作人员可以在 MFC中直接更改参数值，即可调用 ANSYS进行分析。并对通过额定电流、7.68倍额定电流和短路电流时，电动斥力和接触电阻随时间的变化情况进行了分析。
　　最后，利用ANSYS的优化设计方法对油阻尼断路器的电动斥力进行了优化，通过优化触头系统的结构，可以在短路条件下，得到更大的电动斥力，辅助油阻尼断路器的机构进行分断。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 油阻尼断路器简介

1.2.1 油阻尼断路器的研究现状及发展趋势

1.2.2 油阻尼断路器的工作原理

1.3 有限元法在电动力研究中的应用

1.3.1 有限元法的产生与发展

1.3.2 有限元法在电动力分析中的研究现状

1.4 本文主要研究内容

第二章 基于有限元分析方法的电动力分析技术

2.1 电磁场基本理论

2.1.1 电磁场理论基础——麦克斯韦方程组

2.1.2 位函数的微分方程

2.1.3 电磁场的边界条件

2.2 电磁场的有限元分析

2.2.1 有限元法概述

2.2.2 ANSYS软件概述

2.2.3 ANSYS软件分析电磁问题的方法

2.3 利用ANSYS软件分析电动力的方法

2.3.1 ANSYS耦合技术

2.3.2 单元的选取

第三章 触头电动力的有限元分析

3.1 触头电动斥力的数学模型

3.1.1 动静触头间的霍尔姆力

3.1.2 回路电动斥力

3.2 油阻尼断路器电动斥力的有限元分析

3.2.1 电动斥力有限元分析的步骤

3.2.2 油阻尼断路器电动斥力的计算

3.2.3 理论值与仿真结果的对比

3.2.4 各因素对触头间霍尔姆力影响分析

3.2.5 电动斥力对接触电阻的影响分析

3.3 MFC调用ANSYS进行电动力分析的程序设计

3.3.1 设计思路

3.3.2 功能实现

3.3.3 触头电动斥力的计算及分析

第四章 油阻尼断路器电动力的优化设计

4.1优化设计基本概念与常用方法

4.1.1 优化设计概念

4.1.2 优化设计的方法

4.2 ANSYS软件中的优化设计方法

4.2.1 ANSYS软件中优化设计相关概念

4.2.2 ANSYS软件中优化设计的步骤

4.3 油阻尼断路器电动力的优化

4.3.1 油阻尼断路器触头间霍尔姆力的优化

4.3.2 油阻尼断路器导体臂间洛伦兹力的优化

4.3.3优化方案可行性验证

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