真空断路器性能分析与优化

摘要

在电力系统中起着至关重要的保护以及控制作用的设备是断路器，由于真空断路器的分断性能优异于其他类型的断路器，使得其在中压领域的应用越来越广泛。虽然对真空断路器性能的分析已有很多，但是都不够全面，特别地对断路器开断和关合短路电流过程中的性能的研究还处于起步阶段。
　　为了对断路器在短路电流情况下的开断和关合性能进行研究，经过综合调研，选择现今中压领域使用最广泛的断路器之一ZN63A-12型真空断路器作为研究对象，深入研究了真空断路器的具体工作原理以及真空断路器最重要的一些特性参数，分析了其影响因素，并对断路器的性能进行了一定的优化。在Ansoft Maxwell中建立灭弧室的模型，并分析得出了此时动触头上的电动力的大小。使用CREO软件建立三维模型并导入了ADAMS中进行多体动力学仿真，并将仿真得到的电动力导入到ADAMS中，分析了断路器开断和关合短路电流是的性能并与空载情况下的性能进行对比。在ANSYSWORKBENCH中对真空断路器的关键零部件的强度进行了有限元分析。最后通过实验验证了仿真分析结果的正确性。通过上述研究，对真空断路器在开断和关合短路电流时的性能进行了分析，并与空载时进行了对比，通过实验证明仿真分析是正确可靠的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 课题的背景及研究目的

1．3 真空断路器的发展概述

1．4 虚拟样机技术在真空断路器中的应用及其在国内外的研究现状

1．5 课题的主要内容

2 真空断路器的结构及工作原理

2．1 概述

2．2 真空断路器工作原理

2．2．1 灭弧原理

2．2．2 动作原理

2．3 真空断路器主要性能参数

2．3．1 触头开距

2．3．2 合闸触头接触压力和接触行程

2．3．3 平均分闸速度与分闸时间

2．3．4 平均合闸速度、合闸时间与合闸触头弹跳时间

2．3．5 三相分合闸不同期性和极间中心距

2．4 本章小结

3 真空断路器三维模型建立及各个零部件的作用

3．1 三维建模软件CREO介绍

3．2 三维模型建立及各部件的作用

3．2．1 机构箱

3．2．2 灭弧室部分

3．2．3 操动机构部分

3．3 本章小结

4 真空断路器分合闸过程中的电动力仿真分析

4．1 电动力

4．1．1 电动力现象

4．1．2 研究电动力的目的

4．1．3 电动力现象危害与应用

4．2 计算电动力的两种基本算法

4．2．1 用毕奥-萨伐尔定律计算电动力

4．2．2 用能量平衡法计算电动力

4．2．3 短路时的电动力

4．3 Ansoft Maxwell 2D／3D软件简介

4．3．1 软件介绍

4．3．2 Ansoft Maxwell的仿真步骤

4．4 真空断路器分合闸过程中电动力仿真分析

4．4．1 额定短路开断电流下断路器的分闸电动力仿真分析

4．4．2 额定短路关合电流下断路器的合闸电动力仿真分析

4．5 本章小结

5 真空断路器系统动力学仿真分析及优化

5．1 ADAMS软件简介

5．2 性能优化分析

5．2．1 合闸弹簧刚度对性能的影响

5．2．2 分闸弹簧刚度对性能的影响

5．2．3 触头弹簧刚度对性能的影响

5．3 真空断路器分合闸过程仿真

5．3．1 空载情况下断路器的分闸仿真分析

5．3．2 额定短路开断电流情况下断路器的分闸仿真分析

5．3．3 空载情况下断路器的合闸仿真分析

5．3．4 额定短路关合电流条件下断路器的合闸仿真分析

5．4 本章小结

6 关键零部件的强度分析

6．1 ANSYS Workbench

6．1．1 软件简介

6．1．2 分析步骤

6．2 关键零部件的强度分析

6．2．1 静端盖板的强度分析

6．2．2 动导杆强度分析

6．3 本章小结

7 真空断路器性能测试

7．1 性能测试系统概述

7．2 直线位移传感器和断路器性能测试系统

7．3 性能测试实验

7．3．1 性能测试实验

7．3．2 结果分析

7．4 本章总结

8 总结与展望

8．1 总结

8．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况