淺談電動(dòng)力效應(yīng)的高壓斷路器動(dòng)力學(xué)特性仿真分析

摘 要 使用創(chuàng)新的多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件包ADAMS VS1真空斷路器執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)該模型的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。在上述兩個(gè)模型的基礎(chǔ)上，打破過程模擬，研究不同的斷裂條件的電路斷路器的機(jī)械性能。驗(yàn)證結(jié)果表明，該仿真可在一定程度上顯示電路斷路器的操作規(guī)律。

關(guān)鍵詞 電動(dòng)力效應(yīng) 高壓斷路器 動(dòng)力學(xué)特性 仿真分析

中圖分類號(hào)： TM85 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

斷路器的動(dòng)力學(xué)研究，以前的方案是：利用斷路器運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和動(dòng)力學(xué)方程，適當(dāng)?shù)臄?shù)值方法求解方程；視覺模擬運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)過程。用這種方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是有效的，尤其是在低壓電器運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的研究，已成功地應(yīng)用。但對(duì)于復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，如高電壓斷路器的操作機(jī)構(gòu)，許多由于組件約束關(guān)系的各種組件之間的動(dòng)力學(xué)方程的復(fù)雜性，這一方案似乎是不夠的，這需要尋求其他的解決方案。多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件的出現(xiàn)提供了良好的手段來(lái)解決這個(gè)問題。 ADAMS軟件包是使用最廣泛的機(jī)械系統(tǒng)仿真分析的全球軟件之一。它可以很容易地創(chuàng)建參數(shù)化實(shí)體模型，進(jìn)行多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論計(jì)算，以解決運(yùn)動(dòng)方程的多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程的問題。相對(duì)于傳統(tǒng)的模擬方法的ADAMS仿真，避免了繁瑣的建立方程和方程組求解工作，使用戶能夠集中關(guān)注問題，極大地提高了仿真效率。

基于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的原理，利用ADAMS軟件封裝VS1真空斷路器執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型，并測(cè)試了該模型的有效性。同時(shí)，我們還建立了真空斷路器供電的計(jì)算模式。基于兩個(gè)模型，模擬斷路器的短路分?jǐn)噙^程，打破電力斷路器的機(jī)械性能，使用測(cè)試方法的模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，為最優(yōu)化的設(shè)計(jì)提供了必要的理論基礎(chǔ)。

2 VS1真空斷路器的動(dòng)力學(xué)模型和驗(yàn)證

觀察ADAMS的VS1型真空斷路器的動(dòng)力學(xué)模型。該模型顯示了運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和動(dòng)力學(xué)方程。 ADAMS軟件解決這些軟件包的內(nèi)在動(dòng)力方程的模擬。為了確定是否符合實(shí)際情況，可使用高精度的導(dǎo)電塑料，用 ADAMS軟件測(cè)試相關(guān)參數(shù)的仿真模型。在所測(cè)量的模擬曲線中，對(duì)開口進(jìn)行比較。可以看出，輸出曲線與實(shí)際原型吻合良好。還有其他的機(jī)械參數(shù)的仿真模型的測(cè)試，這些測(cè)試的結(jié)果證明了仿真模型的正確性和有效性。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，測(cè)試VS1真空斷路器的有效性和準(zhǔn)確性。測(cè)試電流8.9kA，11.1kA，20kA的，22.2kA，31.1kA（均為峰值）。在測(cè)試過程中，使用傳感器監(jiān)測(cè)斷路器的機(jī)械性能，通過分析平均柵極速度，建立斷路器，測(cè)試條件模擬。顯示出了實(shí)驗(yàn)和模擬的比較結(jié)果。可見，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得很好，平均最大相對(duì)誤差小于5%，最高速度相對(duì)誤差不超過10%。在本文中，我們認(rèn)為，電力斷路器動(dòng)力學(xué)模擬的效果是有效的。

3 考慮電動(dòng)力效應(yīng)的斷路器動(dòng)力學(xué)特性仿真

開關(guān)電器中的電動(dòng)力直接影響著電器的工作性能。當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，斷路器要迅速開斷短路電流，在此過程中，動(dòng)靜觸頭之間產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，這個(gè)力必然會(huì)影響斷路器的機(jī)械特性，尤其是分合閘速度。

考慮到各相導(dǎo)體之間的電動(dòng)力對(duì)于分合閘速度的影響并不大，故本文僅分析動(dòng)觸頭所受到的電動(dòng)力。動(dòng)觸頭所受到的電動(dòng)力由兩部分組成，一部分是由于電流在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的洛侖茲力（Lorntz-force）FL，另一部分是 由于觸頭接觸處電流線收縮產(chǎn)生的霍爾姆力（Holm-force）FH。

4結(jié)論

（1）創(chuàng)新的多體動(dòng)力學(xué)仿真包ADAMS真空斷路器動(dòng)力學(xué)研究證明是可行的和有效的。（2）驗(yàn)證結(jié)果表明：模擬能更好地反映真實(shí)情況，同樣是有效的。

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