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脱扣器的有限元分析与优化设计

发布于:2016-12-27 21:39
有限元分析

      电压型螺线管式脱扣器作为一种电磁力实行元件,被广泛地应用在低压电器相关产品中,作为操作机构部分的脱扣驱动,如剩余电流动作的保护器、过/欠压保护器、分励脱扣器等。在理论计算中,由于难以准确考虑漏磁影响,计算结果一般误差都较大,故在实际产品设计时常采用类比设计、摸底试验、结构改进等方法。该设计思路主要依赖于试验测定,只关注输入/输出对应关系,无法更全面、准确地了解电磁力产生及变化的整个瞬态过程。随着有限元分析方法被逐步应用到低压电器的开发过程中,其静态、瞬态的过程模拟技术较好地弥补了传统设计方法的不足。两者的结合,能够大大缩短脱扣器的设计周期,提高产品的可靠性。本研究从某一电压型螺线管式脱扣器的结构入手,从理论磁路分析和计算及三维有限元静态、瞬态仿真两方面进行电磁力的计算。
      理论计算的结果依然基于部分假设及简化而得到,这对结果准确性存在一定的影响,且每个算例只对应唯一解,动态过程的模拟只能反复计算不同位置对应的力值,通过描点而得到近似曲线,但无法得到真实的动态过程。
      静态工况分析适用于恒定激励或者瞬态激励的在某一稳态下特定气隙的电磁力、磁场分布等的情况。如果在交流激励下,包含反力特性在内且气隙不断变化的瞬变过程,必须借助于下面的瞬态工况分析方法。
      瞬态工况分析的算例,选择相同的有限元模型及几何参数,激励如下:(1)50 Hz交流电压,有效值220 V,半波整流。(2)线圈绕组6000匝,直流电阻值为300n。(3)反力特性。(4)外部激励控制电路。
      从理论分析计算、静态仿真分析、瞬态仿真分析的过程可以得到如下结论:理论分析计算时,为便于计算常将部分了以DSP为核心,基于检测电流上升率和电流幅值保护原理的直流短路电流快速识别装置,响应时间约几百微秒,保护范围从几千-几十千安,可根据不同系统特性修改保护整定值来实现。利用振荡电路模拟产生直流短路电流,完成不同预期短路电流下装置的测试试验。试验结果表明装置能根据预设整定值及时响应,发出动作信号,时间短,判断准确可靠。利用F2812的强大性能和丰富外设,以后可继续升级装置的保护算法,并增加其他功能,如实时通信、数据上传等。考虑到实际使用中的电磁环境,有必要对装置的电磁兼容性能进行更深入的研究和系统验证。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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