并聯(lián)雙線圈電磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)精品資料

1、并聯(lián);身圈隹L1:系統(tǒng)的i電器工業(yè)»2014年弟四期1電磁系統(tǒng)工作原理以U型電磁鐵為例加以說(shuō)明鐵心上兩個(gè)繞組并聯(lián)電磁鐵結(jié)構(gòu)原理如圖1(a)所示在銜鐵吸合的過(guò)程中兩個(gè)線圈并聯(lián)運(yùn)行作為激磁源當(dāng)銜鐵運(yùn)動(dòng)到適當(dāng)位置斷開(kāi)起動(dòng)線圈由保持線圈單獨(dú)工作。線圈工作原理如圖1(b)所示常閉開(kāi)關(guān)S由銜鐵位置控制。在開(kāi)始吸合時(shí)S處丁閉合狀態(tài)兩線圈并聯(lián)丁電路中此過(guò)程中系統(tǒng)安匝數(shù)有兩線圈共同提供總的安匝數(shù)很大銜鐵受到的電磁力足以克服反力開(kāi)始運(yùn)動(dòng)使銜鐵向鐵心靠近當(dāng)銜鐵達(dá)到適當(dāng)位置時(shí)S打開(kāi)啟動(dòng)繞組所在支路斷開(kāi)但由丁泄流二極管D的存在啟動(dòng)繞組電流經(jīng)過(guò)一個(gè)泄放的過(guò)程逐漸變?yōu)榱愦撕蠡芈分兄挥斜３掷@組工作此時(shí)電流較小安匝數(shù)

2、小但銜鐵已經(jīng)有了較大的運(yùn)動(dòng)慣量將繼續(xù)靠近鐵心運(yùn)動(dòng)使氣隙減小繞組仍能產(chǎn)生足夠大的吸力使鐵心全閉合并符合觸頭壓力的要求由丁保持繞組的安匝數(shù)較小故可大幅減小損耗；而運(yùn)動(dòng)過(guò)程中切換電流也減小了全閉合時(shí)的運(yùn)動(dòng)慣里2電磁系統(tǒng)的應(yīng)用應(yīng)用上述結(jié)構(gòu)對(duì)690V/1250A控制與保護(hù)開(kāi)關(guān)電器的電磁系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)從其工作原理可以看出合閘過(guò)程中起動(dòng)線圈起主要作用而保持臺(tái)匕北耗取決丁保持線圈因此設(shè)計(jì)時(shí)可適當(dāng)調(diào)整起動(dòng)線圈電流來(lái)優(yōu)化電磁系統(tǒng)吸合特性在滿足觸頭壓力的情況下盡里減小保持線圈安匝數(shù)以減小保持臺(tái)匕北耗銜鐵和靜鐵心的設(shè)計(jì)可根據(jù)反力特性按傳統(tǒng)方法進(jìn)行初算電磁系統(tǒng)及反力系統(tǒng)如圖2所示從圖中可看出其反力主要包括反力彈簧的拉力、

3、主觸頭彈簧拉力、運(yùn)動(dòng)部件重力以及緩沖彈簧作用力合閘過(guò)程中電磁吸力克服系統(tǒng)反力做功使銜鐵吸合其靜態(tài)反力特性如圖3所示對(duì)丁分?jǐn)噙^(guò)程分?jǐn)鄷r(shí)問(wèn)可以計(jì)算；下文中將介紹采用Arsoft：3D瞬態(tài)求解器對(duì)其合閘的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行仿直分析2.1仿直模型的建立及材料的分配由丁傳統(tǒng)的靜態(tài)特性分析不臺(tái)匕北/曰出有效的動(dòng)態(tài)特性本文采用MaxwellAnsoft3D電磁場(chǎng)瞬態(tài)求解器對(duì)其動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析仿直模型包括銜鐵、靜鐵心、起動(dòng)繞組、保持繞組、運(yùn)動(dòng)域和計(jì)算域六個(gè)部分組成其3D仿直模型如圖4所示由丁該模型較為簡(jiǎn)單可在Ans>oft工作界面中直接建立模型每個(gè)部分都需要設(shè)置材料的屆性為了減少速度通里的影響必須考慮在分合閘

4、過(guò)程中電磁體中渦流的影響所以動(dòng)靜鐵心的材料設(shè)置為硅鋼片；兩線圈材料設(shè)置為銅；其余部分材料設(shè)置為空氣2.2激勵(lì)的施加和邊界條件的給由丁需要在和閘過(guò)程中對(duì)勵(lì)磁繞組進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)由雙線圈工作切換為保持線圈單獨(dú)工作。因此需要引入外部電路作為激勵(lì)源和Ansoft進(jìn)行聯(lián)合仿直/、通過(guò)場(chǎng)路耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁繞組的特殊激勵(lì)。外掛電如圖5所示。外電路中電感名稱(chēng)要和模型中將要添加的繞組名稱(chēng)一致否則將無(wú)法調(diào)用二維瞬態(tài)場(chǎng)中邊界條件包括磁場(chǎng)強(qiáng)度切向分里包為零邊界條件絕緣邊界條件一r,對(duì)稱(chēng)邊界條件和主從邊界條件。該模型中系統(tǒng)同默認(rèn)的邊界條件比較合適因此不需要制其邊界條件。2.3模型的剖分和求解設(shè)根據(jù)本次仿直/、分析的需要采用

5、手工剖分的方法對(duì)模型進(jìn)行剖分。首先因?yàn)橐芯裤曡F的運(yùn)動(dòng)特性所以運(yùn)動(dòng)域和銜鐵的網(wǎng)格剖分需要加密一些；靜鐵心和勵(lì)磁線圈尺寸在一個(gè)數(shù)里級(jí)且都屆丁固件其網(wǎng)格尺寸可稍微放大求解域的網(wǎng)格尺寸可以設(shè)到更大。按以上原則設(shè)網(wǎng)格尺寸然后進(jìn)行剖分即可。仿直模型模型剖分結(jié)果如圖6所示。剖分畢后還要義銜鐵運(yùn)動(dòng)的機(jī)械屆性。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)部件是銜鐵所以需要對(duì)銜鐵在運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)屆性進(jìn)行設(shè)。首先對(duì)運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)的參考方向進(jìn)行設(shè)；然后對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍進(jìn)行設(shè)需要注息的是軟件內(nèi)部規(guī)運(yùn)動(dòng)部件和固部件不臺(tái)匕北接觸故運(yùn)動(dòng)范圍應(yīng)稍小丁氣隙范圍；最后是對(duì)運(yùn)動(dòng)初速度、運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)里、阻尼系數(shù)和系統(tǒng)反力的設(shè)因?yàn)殂曡F與動(dòng)觸頭及一些緊固件相連應(yīng)把這些物體的

6、質(zhì)里歸算到銜鐵上。3仿直結(jié)果對(duì)比分析應(yīng)用上述方法對(duì)額電壓為110V的并聯(lián)雙線圈電磁系統(tǒng)進(jìn)行分析和研究。仿直時(shí)問(wèn)為160ms步長(zhǎng)為1ms。分別對(duì)單線圈和并聯(lián)雙線圈電磁系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了仿直。從仿直結(jié)果可見(jiàn)并聯(lián)雙線圈到的啟動(dòng)電流最大值為14.18A在60ms時(shí)起動(dòng)繞組斷開(kāi)其電流逐漸變?yōu)榱惚３掷@組電流穩(wěn)后在0.53A左右而相同安匝數(shù)的單線圈穩(wěn)保持電流為21.：24A其電流-時(shí)問(wèn)特性對(duì)比曲線如圖7所示。如圖8所示在12.5ms時(shí)吸力等丁反力之后吸力均大與反力并且趨勢(shì)相同兩者配合良好。根據(jù)觸頭系統(tǒng)的計(jì)算觸頭終壓力不小丁275N即可雙線圈電磁系統(tǒng)銜鐵停止運(yùn)動(dòng)時(shí)每個(gè)觸頭上的壓力約為440N;單線圈電磁系統(tǒng)每

7、個(gè)觸頭壓力約為1800N兩者均符合設(shè)計(jì)要求但單線圈結(jié)構(gòu)由丁觸頭壓力過(guò)大單線圈結(jié)構(gòu)觸頭發(fā)生冷汗現(xiàn)象的可臺(tái)匕北性增大銜鐵的位移-時(shí)問(wèn)特性和速度-時(shí)間特性對(duì)比圖分別如圖9和圖10所示。從圖9可知單線圈結(jié)構(gòu)銜鐵在52ms是構(gòu)銜鐵在66ms是全閉并聯(lián)雙線圈結(jié)構(gòu)銜鐵和1.073s)，m單線圈結(jié)構(gòu)兩1.655s，m。通過(guò)對(duì)仿直結(jié)和雙線圈切換結(jié)構(gòu)的主所示。表1給出了并聯(lián)構(gòu)和傳統(tǒng)單線圈電磁系對(duì)比刖者與后者相比撞慣里也有明顯減小命但合閘時(shí)問(wèn)稍長(zhǎng)。4結(jié)論通過(guò)對(duì)并聯(lián)雙線圈電磁例的仿直/、分析/曰出以線圈電磁系統(tǒng)雙線圈切合過(guò)程和保持過(guò)程分別結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。(2)解器對(duì)電磁系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特直觀性好、計(jì)算精確的大(3)與傳統(tǒng)單線全閉合而雙線圈結(jié)合。從仿直結(jié)果可/曰出鐵心接觸時(shí)速度為者接觸時(shí)的速度為果的分析/曰出傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)要性臺(tái)匕北參數(shù)對(duì)比如表1雙線圈切換電磁系統(tǒng)結(jié)統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要性臺(tái)匕北參數(shù)的可以節(jié)省96%）的電臺(tái)匕北碰提高了電器的使用壽系統(tǒng)的研究及對(duì)應(yīng)用實(shí)下結(jié)論:(1)并聯(lián)雙換簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)吸由兩個(gè)線圈控制便丁利用M<ixwej