Perancangan dan Simulasi Mekanisme Magnet Tetap Bertindak Langsung untuk RMU Terisolasi Padat

1. Desain Mekanisme Magnet Permanen

Dikarenakan permintaan tinggi untuk miniaturisasi dalam unit utama cincin (RMU) berisolasi padat, mekanisme magnet permanen tradisional dengan penguncian tiga fasa tidak dapat memenuhi persyaratan miniaturisasi keseluruhan peralatan. Oleh karena itu, mekanisme magnet permanen yang dirancang dalam konteks ini mengadopsi struktur tiga fasa independen bertindak langsung. Unit ruang pemadam busur setiap fasa dicetak secara integral dengan badan pengecoran RMU dan terhubung ke mekanisme magnet permanen melalui batang isolasi dalam konfigurasi linear. Pegas counter gaya pembukaan ditempatkan pada poros penggerak mekanisme magnet permanen setiap fasa. Struktur keseluruhan dari satu mekanisme magnet permanen bertindak langsung ditunjukkan dalam Gambar 1, dan diagram skematik pemasangannya dalam RMU berisolasi padat digambarkan dalam Gambar 2.

2. Model Matematika Sirkuit Penggerak Mekanisme Magnet Permanen

Mekanisme magnet permanen bertindak langsung yang dirancang di sini didasarkan pada prinsip mekanisme magnet permanen satu keadaan stabil. Metode penggeraknya menggunakan kapasitor yang diberi energi untuk mendiskar mekanisme magnet permanen. Diagram rangkaian ditunjukkan dalam Gambar 3, di mana C mewakili kapasitor yang digunakan untuk menggerakkan mekanisme magnet permanen, R menandakan resistansi ekuivalen dari kumparan mekanisme magnet permanen, dan L menunjukkan induktansi ekuivalen dari kumparan.

Karakteristik dinamis mekanisme magnet permanen satu keadaan stabil memenuhi sistem persamaan diferensial seperti yang ditunjukkan dalam Persamaan (1):

di mana i adalah arus pembukaan atau penutupan melalui kumparan (A); u_C adalah tegangan awal kapasitor pengisi (V); R adalah resistansi ekuivalen kumparan (Ω); C adalah kapasitansi kapasitor pengisi (F); ψ adalah tautan fluks magnetik total sistem elektromagnet (Wb); m adalah massa ekuivalen bagian bergerak yang merujuk pada inti bergerak (kg); x adalah perpindahan inti bergerak (m); v adalah kecepatan inti bergerak (m/s); F_x adalah gaya elektromagnet yang bekerja pada inti bergerak (N); F_f adalah gaya reaksi pada inti bergerak (N). Dengan menyelesaikan sistem persamaan ini, karakteristik dinamis mekanisme magnet permanen dapat diperoleh.

3. Ekuivalensi Gaya Reaksi

Gaya reaksi utama dalam pemutus sirkuit unit utama cincin termasuk tekanan kontak ruang pemadam busur dan gaya pegas pembukaan mekanisme magnet permanen. Gaya-gaya reaksi ini diekivalensikan ke inti bergerak mekanisme magnet permanen. Ruang pemadam busur memiliki jarak buka kontak 9,5 mm dan over-travel 2,5 mm, dengan total langkah mekanisme 12 mm. Gaya reaksi pegas pembukaan dan pegas kontak diukur sesuai dengan langkah gerakan mekanisme magnet permanen, dan kurva gaya reaksi digambar berdasarkan data spesifik. Titik-titik ekuivalensi gaya reaksi yang rinci ditunjukkan dalam Tabel 1.

4 Pembuatan Model Simulasi

Karakteristik dinamis mekanisme magnet permanen bertindak langsung diselesaikan menggunakan metode elemen hingga (FEM). Prinsip dasar FEM adalah mendiskritisasi domain solusi kontinyu menjadi sejumlah elemen terbatas yang saling terhubung di node. Setelah analisis elemen individual, dilakukan penyatuan global, dan diterapkan kondisi batas, dengan solusi akhir diperoleh melalui komputasi komputer. Dalam penelitian ini, software simulasi elemen hingga Ansoft digunakan untuk membuat model simulasi mekanisme magnet permanen, dan parameter material komponennya diset. Material magnet permanen didefinisikan sebagai NdFe35, dan material yoke sebagai baja-1010.

Selanjutnya, parameter kumparan ditetapkan: tegangan pengisian kapasitor 110 V, kapasitansi 0,047 F, resistansi DC kumparan 5 Ω, jumlah putaran 500, dan induktansi 0,0143 H. Karena mekanisme magnet permanen bertindak langsung adalah jenis satu keadaan stabil, operasi pembukaan didorong oleh gaya pegas pembukaan. Oleh karena itu, hanya dibutuhkan arus balik kecil untuk menghasilkan fluks magnetik balik untuk membatalkan fluks yang dihasilkan oleh magnet permanen, memungkinkan mekanisme untuk membuka di bawah gaya reaksi pegas. Untuk mengurangi fluks magnetik balik yang dibutuhkan, setelah simulasi dan pengujian yang luas, resistor DC 5 Ω ditambahkan seri dalam rangkaian penggerak pembukaan.

Akhirnya, pemodelan permukaan dan padat serta penggenjotan dilakukan pada mekanisme magnet permanen. Jaringan yang relatif rapat diterapkan pada komponen magnetik kunci seperti inti bergerak, tutup magnetik, yoke, dan magnet permanen, sementara jaringan yang lebih kasar digunakan untuk bagian non-magnetik.

5 Analisis Hasil Simulasi dan Eksperimen

Karakteristik listrik dan mekanik mekanisme magnet permanen bertindak langsung dianalisis dengan menggabungkan simulasi Ansoft dengan uji produk aktual, dengan fokus pada karakteristik arus dan langkah penutupan dan pembukaan. Gambar 5 menunjukkan kurva arus penutupan simulasi, dengan arus puncak 13,2 A. Gambar 6 menunjukkan arus penutupan yang diukur dengan oscilloskop, dengan arus puncak yang terukur 14,2 A. Gambar 7 menampilkan kurva langkah penutupan simulasi, menghasilkan kecepatan penutupan (kecepatan rata-rata selama 6 mm terakhir sebelum penutupan kontak) 0,8 m/s. Gambar 8 menunjukkan kecepatan penutupan yang diukur dengan oscilloskop, yang adalah 0,75 m/s. Hasil menunjukkan bahwa karakteristik mekanik penutupan mekanisme magnet permanen bertindak langsung yang dirancang untuk unit utama cincin berisolasi padat memenuhi persyaratan peralatan pemutus, dan kesalahan antara hasil simulasi dan eksperimen berada dalam rentang desain yang dapat diterima.

6 Kesimpulan

Artikel ini merancang mekanisme magnet permanen bertindak langsung untuk unit utama cincin berisolasi padat. Arus penutupan dan pembukaan serta karakteristik langkah mekanik mekanisme dianalisis dan dibandingkan menggunakan simulasi komputer dan uji produk aktual. Hasil menunjukkan bahwa model simulasi karakteristik dinamis yang dibuat dapat berfungsi sebagai dasar teori untuk desain mekanisme magnet permanen praktis. Mekanisme magnet permanen bertindak langsung sangat cocok untuk digunakan dalam unit utama cincin berisolasi padat, dengan arus penggerak rendah dan kinerja mekanik yang luar biasa seperti kecepatan penutupan dan pembukaan, sepenuhnya memenuhi persyaratan teknis. Ini juga menyediakan dasar teknis untuk pengembangan switch seleksi fase sinkron tegangan tinggi di masa depan.