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ZN85A-40.5真空断路器的设计

作　者: 张福民
导　师: 王富东
学　校: 苏州大学
专　业: 机械工程
关键词: 真空断路器触头弹簧仿真虚拟样机
分类号: TM561.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

真空断路器是输配电系统中的重要保护部件。断路器的性能直接关系到整个系统的可靠性,因此研究如何提高断路器的性能具有重要的实际应用意义。真空断路器最重要的性能指标是其合闸特性和分闸特性,而影响这些性能指标的主要因素是真空断路器的机械结构与参数。确定分合闸机械系统的结构与参数需要经过反复的理论分析计算与实验验证。本文的主要工作就是针对ZN85A-40.5真空断路器的机械结构运用ADAMS软件进行分析计算与运动学仿真,在此基础上对该断路器的触头弹簧连杆机构进行了改进。将触头弹簧移到绝缘拉杆下面,弹簧力方向与动触头的运动在同一中心线上,并且触头弹簧采用碟簧。这一改进减少了连杆,简化了机械结构。仿真与实际测试均表明,改进后的机械结构增大了触头的初压力,减小了断路器的超程,合闸弹跳、分闸过冲和分闸反弹等现象均有所改善,使真空断路器的动作更加稳定可靠。本论文内容分为五章。第一章绪论,介绍了真空断路器的功能、现状及发展趋势,阐述了本课题的研究目的和意义。第二章详细介绍了真空断路器的结构、性能特点与有关的技术参数,并特别讨论了真空断路器的机械特性、运动特性及其影响因素。第三章阐述了虚拟样机技术以及相应的ADAMS软件。ADAMS是一个功能强大的动态仿真软件,运用ADAMS可以进行机械系统的建模、分析计算以及运动学和动力学的仿真。对于机械系统的优化设计ADAMS是一个非常有力的工具。第四章给出了对于ZN85A-40.5真空断路器分合闸机构的改进设计过程。首先对真空断路器的现有结构进行分析,在此基础上提出了改进方案,再利用ADAMS软件进行仿真计算和对比分析。最后给出了实际测试的结果,验证了改进设计的优点。第五章是对所做工作的总结与未来展望。对于ZN85A-40.5真空断路器的触头弹簧连杆机构进行的改进是本文的创新点所在。本文的另一个特点是应用ADAMS软件,将虚拟样机技术运用于真空断路器的设计。ADAMS是一个功能强大的动态仿真软件,本文在对真空断路器的触头弹簧连杆结构的性能分析以及对触头弹簧连杆结构的仿真上运用ADAMS软件,在设计分析中节省了大量时间,提高了设计效率,简化了设计工作,并通过动态仿真得到了大量的宝贵数据。

全文目录

中文摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 课题的背景与意义  9-13
    1.1.1 概述  9-10
    1.1.2 国内真空断路器的发展现状  10
    1.1.3 国外真空断路器的发展现状  10-11
    1.1.4 真空断路器发展趋势  11-13
  1.2 本课题的主要研究对象  13
  1.3 本课题的主要任务  13-15
第二章真空断路器  15-37
  2.1 真空灭弧室  15-20
    2.1.1 真空和真空电弧的熄灭  15-16
    2.1.2 真空灭弧室的典型结构  16-17
    2.1.3 真空灭弧室的主要零部件及其作用  17-20
  2.2 真空断路器的结构特点  20-24
    2.2.1 真空灭弧室的固定  22
    2.2.2 触头的接触压力  22
    2.2.3 动静端的散热  22-23
    2.2.4 可动导电连接  23
    2.2.5 绝缘支撑  23
    2.2.6 操动机构  23-24
  2.3 真空断路器的主要技术参数  24-30
    2.3.1 额定电压  24
    2.3.2 额定电流  24-25
    2.3.3 额定短路开断电流、开断次数、触头允许烧损厚度  25-27
    2.3.4 额定短路关合电流，额定峰值耐受电流、额定短时耐受电流、额定短路持续时间  27-28
    2.3.5 工频耐受电压、冲击耐受电压  28-29
    2.3.6 机械寿命  29-30
    2.3.7 一次重合闸无电流间隔时间  30
    2.3.8 允许储存期  30
  2.4 真空断路器的机械特性  30-33
    2.4.1 分、合闸速度  30-31
    2.4.2 额定触头开距(触头行程)  31-32
    2.4.3 触头接触压力和接触行程  32-33
    2.4.4 合闸弹跳时间  33
    2.4.5 三相合（分）闸同期性  33
  2.5 断路器触头运动特性  33-37
    2.5.1 触头最小熄弧间隙  34
    2.5.2 分闸速度特性  34-35
    2.5.3 合闸速度特性  35-37
第三章虚拟样机技术与应用  37-50
  3.1 虚拟样机技术概述  37-39
  3.2 机械系统动态仿真的相关技术  39-40
  3.3 ADAMS 软件简介  40-44
    3.3.1 ADAMS 的基本构成以及功能  42-43
    3.3.2 ADAMS 仿真分析的基本步骤  43-44
  3.4 仿真技术在产品开发中的应用现状  44-50
    3.4.1 仿真技术的应用领域及企业对仿真需求  44-47
    3.4.2 ADAMS 系统应用案例  47-50
第四章 ZN85A-40.5 真空断路器触头弹簧连杆结构的设计  50-70
  4.1 ZN85A-40.5 真空断路器  50-53
    4.1.1 ZN85A-40.5 真空断路器的主要技术参数  50-52
    4.1.2 3AV7 弹簧操动机构的主要技术参数  52-53
  4.2 ZN85A-40.5 真空断路器触头弹簧连杆结构的设计  53-58
    4.2.1 ZN85A-40.5 真空断路器触头弹簧连杆的结构  53-56
    4.2.2 触头弹簧连杆结构的改进设计  56-57
    4.2.3 触头初压力的计算  57-58
  4.3 基于UG 和ADAMS 的虚拟样机和动力学仿真  58-67
    4.3.1 建立虚拟样机和运动学模型  58-60
    4.3.2 仿真分析  60-67
  4.4 样机试制和性能测试  67-70
第五章总结与展望  70-71
  5.1 本文研究总结  70
  5.2 展望  70-71
参考文献  71-73
攻读学位期间发表论文  73-74
致谢  74

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