断路器弹簧操动机构分析及自动化设计研究

摘要

断路器弹簧操动机构作为一种开关设备广泛用于日常生活中，通过接通或切断电路来起到对电力系统的保护和控制的作用。弹簧操动机构是断路器中常用的操动机构类型，断路器主要通过弹簧操动机构动作来完成分合闸。但是弹簧操动机构合闸弹簧的输出力特性与断路器的负载特性不能够很好匹配。同时，根据有关统计数据显示，操动机构故障在断路器故障中占据较高比重。因此，为使断路器输出与负载更好匹配，减小故障率，对弹簧操动机构的合理设计尤为重要。在断路器弹簧操动机构设计过程中，传统设计方法大多依赖于设计者在工程实践中积累的设计经验或参照引进的国外产品进行改造设计。找到对断路器弹簧操动机构设计更系统的、简单和直观的设计方法具有重要意义。 在断路器弹簧操动机构中，分合闸弹簧释放的力决定着系统分合闸过程的输出力，同时影响着系统寿命，因此分合闸弹簧参数需要合理设计和选取。结合断路器输出要求与弹簧参数的关系，根据弹簧设计标准对弹簧参数进行设计计算。断路器弹簧操动机构中，凸轮的使用使得操动机构的输入与输出之间能更好地配合，能够对凸轮轮廓曲线进行简单并且准确的设计具有重要意义。通过对凸轮参数与输出力特性的关系分析，结合摆动滚子从动件凸轮的设计方法建立了弹簧操动机构中凸轮机构设计的数学模型，利用遗传算法进行求解。基于MATLAB开发了图形用户界面（GUI）。 断路器弹簧操动机构中铰链四杆机构的结构参数直接影响着断路器动触头的速度和位移。不同弹簧操动机构中为满足不同断路器输出要求，铰链四杆机构结构形式不同。为适应实际生产过程中不同机构输出要求，快速准确给出四杆机构参数的理论修改方案。通过分析铰链四杆机构与断路器弹簧操动机构的输出特性的关系，按照输出力特性设计铰链四杆机构结构参数，基于粒子群优化算法计算得到优化结果。搭建试验平台对分闸速度及反弹幅值进行实测验证。开发图形用户界面(GUI)，通过改变相应参数，便能获得优化结果，让弹簧操动机构四杆机构设计直观方便。 本文利用Visual Basic 6.0语言编程设计图形用户界面，对断路器弹簧操动机构自动化设计进行研究。采用自动化设计方法使得弹簧操动机构设计更直观方便，缩短设计周期。

目录

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.2.1 断路器操动机构研究现状

1.2.2 断路器弹簧操动机构研究现状

1.3.1 主要工作内容

1.3.2 研究路线

1.4 本章小结

第2章 断路器弹簧操动机构原理分析

2.1 断路器弹簧操动机构工作要求

2.2.1 弹簧操动机构结构组成

2.2.2弹簧操动机构工作原理

2.3 断路器弹簧操动机构总方案探讨

2.4 本章小结

第3章 弹簧操动机构分合闸弹簧设计

3.1 分合闸弹簧工作原理

3.2 分合闸弹簧设计

3.2.1分合闸弹簧与断路器输出的关系

3.2.2分合闸弹簧参数确定

3.3 本章小结

第4章 弹簧操动机构凸轮轮廓曲线设计

4.1 弹簧操动机构凸轮轮廓曲线优化设计

4.2 凸轮轮廓曲线的数学模型

4.2.1 凸轮转角与动触头位移关系确定

4.2.2 从动件转角与动触头位移关系确定

4.2.3 从动件的转角与凸轮轮廓曲线关系

4.3 基于遗传算法的凸轮轮廓曲线求解

4.3.1 遗传算法

4.3.1 凸轮轮廓轮廓曲线

4.4 图形用户界面开发

4.5 本章小结

第5章 弹簧操动机构四杆机构设计

5.1.1 铰链四杆机构

5.1.2 铰链四杆机构在断路器中的应用

5.1.3 四杆机构运动学分析

5.2 优化计算

5.2.1 设计变量

5.2.2 目标函数

5.2.3 约束条件

5.3求解计算及结果分析

5.3.1 粒子群算法

5.3.2 计算结果分析

5.3.3实验验证

5.4 图形用户界面开发

5.5 本章小结

第6章 断路器弹簧操动机构自动化设计

6.1.1 计算机辅助设计

6.1.2 Visual Basic介绍

6.2 软件设计介绍

6.2.1 系统目标及功能结构

6.2.2 系统功能概述

6.3 本章小结

总结与展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文