考虑公差不确定性的快速真空开关机构保持单元多目标优化

摘要

永磁保持单元为斥力操动机构在分合闸位置提供足够的保持力,是维持机械开关分闸或合闸状态的重要元件,其结构参数与出力特性是开关可靠分合闸的关键因素。针对保持单元敏感部件加工公差不确定、装配一致性差、输出动态特性相互关联问题,将区间不确定性模型引入保持单元系统出力特性分析中,提出一种基于非支配排序粒子群算法的多变量多目标优化方法。首先,基于保持单元三维有限元模型,研究动铁芯与导磁环的公差不确定性对保持单元输出力的影响规律。然后,以保持单元敏感部件公差影响分析为基础,选取永磁保持单元机械参数为优化变量,计及操动机构成本与弹跳大小,同时考虑导磁环与动铁芯公差不确定性,建立考虑公差不确定性的斥力操动机构保持单元多目标优化设计模型,得到Pareto前沿非支配解集。最后,基于所优化的保持单元结构,搭建快速真空开关实验平台进行斥力操动机构分合闸实验,该系统可在15 ms内完成分合闸动作。研究表明,该优化方法保证了不同制造条件下斥力操动机构保持单元均能最大程度发挥其作用,且允许动铁芯与导磁环参数设计较低等级公差。