高压断路器新型电机操动机构的研究

论文摘要

对高压断路器而言,要求操动机构响应快、具有较高的分合闸速度。现有的操动机构主要有液压操动机构和弹簧操动机构等,大都由一整套机械装置构成,零部件多,传动机构复杂,制造工艺要求高,且运动过程不可控。因此有必要研究一种体积小、零部件少、结构简单可靠、且运动过程可控的操动机构。本文分析了断路器对电机操动机构及其驱动电机的要求,比较不同种类的电机的特性,选择永磁无刷直流电机作为电机操动机构的驱动电机。针对现有操动机构的一些缺点,对采用型号为TD-40.5/1600-31.5灭弧室的40.5kV真空断路器,设计了电机操动机构。对电机操动机构运动特性进行分析计算,得出电机转角与触头行程之间的关系、电机运动过程中的等效转动惯量及断路器的反力特性。根据灭弧室的参数给出预设分/合闸行程曲线,计算动触头在预设行程曲线下,断路器的动力特性,以此为依据给出电机性能的设计指标。结合断路器操动机构运动行程短、反力大、速度要求高等特点,对永磁无刷直流电机进行了改进,设计了有限转角稀土永磁无刷直流电机。不仅保留了稀土永磁无刷直流电机具有直流电机响应快、转矩大的特点,电子式换向克服了直流电机具有电刷滑环存在换向火花、结构复杂等缺点,同时又具有永磁电机无励磁损耗效率高的特点,且无须换向,电机结构进一步简化,控制更加方便。采用有限元分析软件对设计的电机进行分析仿真,结果表明电机设计合理、性能可靠。并采用数据处理的方法,计算电机操动机构的动态特性。分析结果表明,电机操动机构响应快、分/合闸时间短、刚分/刚合速度快、不仅能够满足断路器的性能要求,而且能够提高断路器开断和关合性能。运动过程容易实现控制,具有实现断路器的智能化操作的能力。新型电机操动机构的结构简单,通过对电机的伺服控制能克服传统操动机构的不可控性,对提高开关的智能化水平具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 高压断路器操动机构的发展
• 1.3 课题的提出及论文的主要工作
• 1.4 课题需要解决的关键问题
• 第二章 电机操动机构驱动电机的选择
• 2.1 高压断路器对电机操动机构的要求
• 2.2 几种电机的分析比较与选择
• 第三章 电机操动机构的设计及分析
• 3.1 电机操动机构的设计
• 3.2 电机操动机构运动过程的分析计算
• 3.2.1 运动过程分析
• 3.2.2 传动机构的质量归算
• 3.2.3 传动机构的反力计算
• 3.3 触头在预定运动曲线下断路器的动力特性
• 3.3.1 真空断路器触头运动曲线
• 3.3.2 触头预设运动曲线下断路器的动力特性
• 3.3.3 电机的设计指标
• 第四章 电机操动机构驱动电机的设计及分析
• 4.1 有限转角永磁无刷直流电机原理
• 4.2 有限转角永磁无刷直流电机的设计
• 4.3 驱动电机的电磁场有限元分析
• 第五章 电机操动机构动态特性的仿真分析
• 5.1 一种新的机构仿真分析方法
• 5.2 电机操动机构动态特性的仿真分析
• 5.2.1 有限转角永磁无刷直流电机的动态方程
• 5.2.2 采用多槽电机的电机操动机构的仿真
• 5.2.3 采用少槽电机的电机操动机构仿真
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢