低压塑壳式断路器热磁脱扣特性研究

摘要

低压断路器是低压配电系统的核心部件，低压断路器的功能和性能是否正常，直接影响到配电系统的安全。对低压断路器的关键设计性能进行分析，可以缩短企业自主研制产品的周期，降低研发成本，增强企业的核心竞争力。本文主要研究低压塑壳式断路器热磁脱扣特性，主要研究工作和研究成果如：
　　研究了塑壳式断路器的热脱扣特性。根据塑壳式断路器的工作原理和总体结构，计算了热脱扣器中热双金属片的曲率、挠度、以及热双金属片热弹性变形产生的推力。建立了热双金属片的有限元模型，采用电磁-热-结构耦合分析方法，研究了热脱扣器在不同工作电流情况下的温度分布规律、位移变化规律和冷态动作特性曲线等关键特性。
　　研究了塑壳式断路器的电磁脱扣特性。介绍了计算电磁力的麦克斯韦应力法，基于ANSYS平台，提出了电磁脱扣特性的电磁-结构顺序耦合分析方法。首先，解决了有限元模型建立、材料选择、网格划分和边界条件施加的问题。然后，有限元求解得到短路电流下，载流导体上电流的分布情况，再以该电流密度为激励条件，并在载流导体上施加磁通量边界条件，求解电磁力和力矩。最后，在求解得到的多个间隙下电磁力和力矩离散值的基础上，采用多项式曲线拟合出近似反映电磁力和力矩随间隙连续变化的衔铁电磁特性曲线。
　　研究了塑壳式断路器电磁脱扣器的动力学仿真。利用动力学仿真分析软件ADAMS对磁脱扣器中弹簧的长度和刚度进行参数化建模，并对它们进行优化，给出了更为合理的弹簧设计参数。将优化后的弹簧设计参数带入到电磁脱扣器机构中进行动力学仿真分析，求出了工作间隙、弹簧长度、电磁力和弹簧力、以及接触力等关键参数随时间的变化曲线。最后，求得电磁脱扣器的电磁力矩和反力矩之间的关系曲线。
　　研究了热特性和磁特性实验。热特性实验测量了不同过载电流情况下，双金属片的温度变化情况和热脱扣时间，并与有限元分析结果进行了对比。磁特性实验主要测量了电磁脱扣器的脱扣时间，并与动力学仿真结果进行了对比。结果表明，有限元分析数据和动力学仿真数据都与实验数据很好地吻合。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 论文研究内容和结构安排

第二章 低压断路器热脱扣特性研究

2.1 引言

2.2 低压断路器工作原理与结构

2.3 热双金属片基本特性研究

2.4 热脱扣特性研究

2.5本章小结

第三章 低压断路器磁脱扣特性研究

3.1引言

3.2磁脱扣器特性分析

3.3电磁力的计算原理

3.4磁脱扣器的电磁特性研究

3.5本章小结

第四章 低压断路器电磁脱扣器的动力学仿真研究

4.1引言

4.2虚拟样机技术

4.3电磁脱扣器的动力学仿真分析

4.4本章小结

第五章 低压断路器热磁脱扣特性的实验研究

5.1引言

5.2断路器热脱扣特性实验研究

5.3电磁脱扣特性实验研究

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文