并联双线圈电磁系统的设计精品资料

1、并联;身圈隹L1:系统的i电器工业»2014年弟四期1电磁系统工作原理以U型电磁铁为例加以说明铁心上两个绕组并联电磁铁结构原理如图1(a)所示在衔铁吸合的过程中两个线圈并联运行作为激磁源当衔铁运动到适当位置断开起动线圈由保持线圈单独工作。线圈工作原理如图1(b)所示常闭开关S由衔铁位置控制。在开始吸合时S处丁闭合状态两线圈并联丁电路中此过程中系统安匝数有两线圈共同提供总的安匝数很大衔铁受到的电磁力足以克服反力开始运动使衔铁向铁心靠近当衔铁达到适当位置时S打开启动绕组所在支路断开但由丁泄流二极管D的存在启动绕组电流经过一个泄放的过程逐渐变为零此后回路中只有保持绕组工作此时电流较小安匝数

2、小但衔铁已经有了较大的运动惯量将继续靠近铁心运动使气隙减小绕组仍能产生足够大的吸力使铁心全闭合并符合触头压力的要求由丁保持绕组的安匝数较小故可大幅减小损耗；而运动过程中切换电流也减小了全闭合时的运动惯里2电磁系统的应用应用上述结构对690V/1250A控制与保护开关电器的电磁系统进行设计从其工作原理可以看出合闸过程中起动线圈起主要作用而保持台匕北耗取决丁保持线圈因此设计时可适当调整起动线圈电流来优化电磁系统吸合特性在满足触头压力的情况下尽里减小保持线圈安匝数以减小保持台匕北耗衔铁和静铁心的设计可根据反力特性按传统方法进行初算电磁系统及反力系统如图2所示从图中可看出其反力主要包括反力弹簧的拉力、

3、主触头弹簧拉力、运动部件重力以及缓冲弹簧作用力合闸过程中电磁吸力克服系统反力做功使衔铁吸合其静态反力特性如图3所示对丁分断过程分断时问可以计算；下文中将介绍采用Arsoft：3D瞬态求解器对其合闸的动态过程进行仿直分析2.1仿直模型的建立及材料的分配由丁传统的静态特性分析不台匕北/曰出有效的动态特性本文采用MaxwellAnsoft3D电磁场瞬态求解器对其动态特性进行分析仿直模型包括衔铁、静铁心、起动绕组、保持绕组、运动域和计算域六个部分组成其3D仿直模型如图4所示由丁该模型较为简单可在Ans>oft工作界面中直接建立模型每个部分都需要设置材料的届性为了减少速度通里的影响必须考虑在分合闸

4、过程中电磁体中涡流的影响所以动静铁心的材料设置为硅钢片；两线圈材料设置为铜；其余部分材料设置为空气2.2激励的施加和边界条件的给由丁需要在和闸过程中对励磁绕组进行控制以实现由双线圈工作切换为保持线圈单独工作。因此需要引入外部电路作为激励源和Ansoft进行联合仿直/、通过场路耦合来实现励磁绕组的特殊激励。外挂电如图5所示。外电路中电感名称要和模型中将要添加的绕组名称一致否则将无法调用二维瞬态场中边界条件包括磁场强度切向分里包为零边界条件绝缘边界条件一r,对称边界条件和主从边界条件。该模型中系统同默认的边界条件比较合适因此不需要制其边界条件。2.3模型的剖分和求解设根据本次仿直/、分析的需要采用

5、手工剖分的方法对模型进行剖分。首先因为要研究衔铁的运动特性所以运动域和衔铁的网格剖分需要加密一些；静铁心和励磁线圈尺寸在一个数里级且都届丁固件其网格尺寸可稍微放大求解域的网格尺寸可以设到更大。按以上原则设网格尺寸然后进行剖分即可。仿直模型模型剖分结果如图6所示。剖分毕后还要义衔铁运动的机械届性。因为运动部件是衔铁所以需要对衔铁在运动区域内的机械运动届性进行设。首先对运动方式和运动的参考方向进行设；然后对运动范围进行设需要注息的是软件内部规运动部件和固部件不台匕北接触故运动范围应稍小丁气隙范围；最后是对运动初速度、运动部件质里、阻尼系数和系统反力的设因为衔铁与动触头及一些紧固件相连应把这些物体的

6、质里归算到衔铁上。3仿直结果对比分析应用上述方法对额电压为110V的并联双线圈电磁系统进行分析和研究。仿直时问为160ms步长为1ms。分别对单线圈和并联双线圈电磁系统动态特性进行了仿直。从仿直结果可见并联双线圈到的启动电流最大值为14.18A在60ms时起动绕组断开其电流逐渐变为零保持绕组电流稳后在0.53A左右而相同安匝数的单线圈稳保持电流为21.：24A其电流-时问特性对比曲线如图7所示。如图8所示在12.5ms时吸力等丁反力之后吸力均大与反力并且趋势相同两者配合良好。根据触头系统的计算触头终压力不小丁275N即可双线圈电磁系统衔铁停止运动时每个触头上的压力约为440N;单线圈电磁系统每

7、个触头压力约为1800N两者均符合设计要求但单线圈结构由丁触头压力过大单线圈结构触头发生冷汗现象的可台匕北性增大衔铁的位移-时问特性和速度-时间特性对比图分别如图9和图10所示。从图9可知单线圈结构衔铁在52ms是构衔铁在66ms是全闭并联双线圈结构衔铁和1.073s)，m单线圈结构两1.655s，m。通过对仿直结和双线圈切换结构的主所示。表1给出了并联构和传统单线圈电磁系对比刖者与后者相比撞惯里也有明显减小命但合闸时问稍长。4结论通过对并联双线圈电磁例的仿直/、分析/曰出以线圈电磁系统双线圈切合过程和保持过程分别结构参数优化。(2)解器对电磁系统动态特直观性好、计算精确的大(3)与传统单线全闭合而双线圈结合。从仿直结果可/曰出铁心接触时速度为者接触时的速度为果的分析/曰出传统结构要性台匕北参数对比如表1双线圈切换电磁系统结统结构主要性台匕北参数的可以节省96%）的电台匕北碰提高了电器的使用寿系统的研究及对应用实下结论:(1)并联双换简单容易实现吸由两个线圈控制便丁利用M<ixwej