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真空断路器永磁操动机构优化设计的研究

作　者: 吴世宝
导　师: 徐建源
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 永磁机构优化设计真空断路器型式试验
分类号: TM561.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

智能电网已经成为当今世界电力系统发展变革的最新方向,提高智能配电网的供电可靠性和供电质量需要电气设备具有一定的智能化和自动化。断路器是电力系统控制和保护的重要设备,而其性能主要受到操动机构性能的影响。对比其它操动机构,永磁操动机构优异的动态特性更加能够适应断路器快速响应的要求。本文以永磁操动机构的理论计算和设计方法为基础,设计并优化了一种单稳态永磁机构,适应了断路器未来发展的需要。本文通过对目前国内外永磁机构真空断路器的发展现状和永磁操动机构优化的研究现状进行分析,提出了采用遗传优化算法设计永磁机构的思想。然后研究分析了单稳态永磁操动机构的基础理论和计算方法,并通过试验验证了理论研究方法的准确性。为提高断路器的分合闸速度并减小永磁机构的合闸电流,初步设计了一台单稳态永磁机构。应用遗传算法对该永磁机构本体进行优化,建立了以机构总体积为目标函数的数学优化模型,选择了合适的优化变量和约束条件,所得优化结果表明机构各项性能对比优化前有较大改善。最后将研制的样机配在12kV户外高压交流真空断路器本体上进行试验、分析及调试,使该永磁机构断路器各项参数达到IEC标准规定的试验要求,并于2011年10月在国家机械工业高压电器产品质量检测中心(沈阳)通过了型式试验。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-14
  1.1 课题研究背景及意义  10-11
  1.2 永磁机构国内外发展现状  11-13
    1.2.1 国外永磁机构发展现状  11-12
    1.2.2 国内永磁机构发展现状  12-13
  1.3 永磁机构优化设计研究现状  13
  1.4 课题研究对象和主要工作内容  13-14
第二章单稳态永磁机构基础理论及计算方法  14-29
  2.1 单稳态永磁机构静态特性研究  14-17
    2.1.1 静态特性基础理论及计算模型  14-16
    2.1.2 静态保持力计算  16-17
  2.2 单稳态永磁机构动态特性研究  17-22
    2.2.1 动态特性基础理论及计算模型  17-18
    2.2.2 等效质量归算  18-20
    2.2.3 反力归算  20-22
  2.3 永磁机构真空断路器试验研究  22-25
    2.3.1 线圈电流试验  22-24
    2.3.2 行程和速度试验  24-25
  2.4 结果对比分析  25-28
  2.5 小结  28-29
第三章单稳态永磁机构优化设计  29-45
  3.1 断路器的结构及参数  29-31
    3.1.1 真空断路器整体结构  29-30
    3.1.2 真空断路器主要技术参数  30-31
  3.2 永磁机构的理论设计  31-34
    3.2.1 设计原则  31
    3.2.2 设计要求  31-32
    3.2.3 设计方法  32-34
  3.3 永磁机构的设计特点  34
  3.4 永磁机构的仿真  34-38
    3.4.1 建立仿真模型  34-35
    3.4.2 静态特性仿真  35-36
    3.4.3 动态特性仿真  36-38
  3.5 永磁机构的优化  38-44
    3.5.1 遗传算法的优化过程  38-41
    3.5.2 建立数学模型  41-42
    3.5.3 优化函数的约束条件  42-44
  3.6 小结  44-45
第四章样机的试制、试验研究  45-55
  4.1 永磁机构样机及组成  45-47
  4.2 永磁机构实验结果  47-49
  4.3 配该永磁机构断路器型式试验  49-54
    4.3.1 型式试验依据标准和分类  49
    4.3 2 绝缘性能试验  49-51
    4.3.3 短路及开合性能试验  51-53
    4.3.4 温升和机械性能试验  53-54
  4.4 小结  54-55
第五章结论  55-56
参考文献  56-59
在学研究成果  59-60
致谢  60

真空断路器永磁操动机构优化设计的研究

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