一种新型高压断路器电力传动装置的优化设计和动态特性分析

1、 (b The flowchart of optimization algorithm Fig. 3. Total optimal design process of EMFA for HGCB D. 优化设计过程 电磁场分析是使用二维有限元设计模型完成的，最后，动态特性分析是结合 电磁场分析的结果和电与机械的耦合问题使用时差法得到的。 图 3(a演示了进行动态特性分析的步骤。进行了电气与机械分析的预处理， 就很容易得到后处理结果(Bi.max , n , Felectric 。 在一个真正的机械设计问题中， 目标函数的计算时间占用了总时间的大部分。 在这项研究中，结合确定性方法（模式搜索法）

2、的自动调节小环境遗传算法的开 发减少了调用目标函数的数量并用于优化设计【4】 。特别是，该算法比其他的优 化算法具有优先权，原因在于它产生了许多设计候选模型（候选模型） ，即使没 有先前有关设计目标的信息。图 3(b展示了整个优化过程。设计变量和条件在图 3 中的初始化阶段设定，概括在表。如果设计变量是由自动调节小生境遗传算 法给出，使用有限元二维模型分析磁场，从中对目标函数和约束条件进行计算。 同时，使用有限元磁场分析的预处理和后处理的信息，可以进行应力分析。当算 法搜索在 100 次迭代中找到一个峰值(候选模型而结束时，优化过程就完成了。 表 用于 HGCB 的 EMFA 的设计规格 目标

3、函数 息弧区平均速度m/s 设计变量 铜线圈的高度(Hcmm 下插铁芯的高度(Lcmm 静铁芯的厚度(Dmm 可动线圈的外径(C mm 设计参数要求 操动电流峰值A 电压降(容电器V 预燃弧时间ms 灭弧平均速度m/s 开断 关合 450 100 3.2 2.3 25 55 525 100 200 0.81.6 最大 假设静铁芯是叠片结构(1.6mm,其厚度里面是 45mm,外面是 25mm . 动态特性和优化结果 一般来讲，优化过程中产生的四个设计候选方案都满足设计目标。表展示 了四个候选模型的规格，他们都将通过专家的比较调查。尽管由目标函数值来看 并不十分推荐模型 2， 但是考虑到其他特点

4、EMFA 的总体积、 大型永磁体的制 造、厚线圈的绕制、输入电流的峰值和电压下降率，还是选择模型 2 作为优化设 计的结果。研究在最大气吹力时机构中电流密度(Hc 和 C 和环绕线圈的总磁通 最大并产生最大的操动力和辅助永磁体与内插铁芯吸引力的组件在获得强大的 操动器中最重要。辅助永磁体与内插铁芯的磁吸力加上用来克服气体高排斥力完 成操动的洛伦兹力是一个非常有用的设计参数。图 4 描述了与触头连接的 EMFA 的位移对接触质量和气体排斥力的影响。此外，更高的电容电压提供给线圈更大 的电流以提高其速度，这个系统是可控的。通过简单地控制输入电压得到的平均 速度和它的特性广泛地应用于各种电压等级断路器的 EMFA。 Fig. 4. Displacement of the moving part connected with contacts by supplying the various capacitor voltages. . 总结 本文介绍了用于 HGCB 的 EMFA 的结合动态特性分析的优化设计过程，并证 明了它能够完成一个出色的用于 HGCB 的操动器。在设计初级阶段，通过动态特 性分析，EMFA 可以用来预测机械稳定性。此外，优化设计结果说明如