Ontwerp en simulasie van direkwerkingse permanente magneet-meganismes vir vaste-geïsoleerde RMUs
1. Permanente magneetmechanisme ontwerp
As gevolg van die hoë vraag na miniaturisering in soliede-geïsoleerde ring hoofeenhede (RMUs), kan tradisionele enkele permanente magneetmechanismes met drie-fase interlating nie die algemene miniaturiseringseise van die toerusting bevredig nie. Daarom maak die permanente magneetmechanisme wat in hierdie konteks ontwerp is, gebruik van 'n onafhanklike direkwerkende struktuur vir elke fase. Elke fase se boogverdelingseenheid is integraal gegiet met die gegietkorpus van die RMU en verbind deur middel van 'n isolasie staaf in 'n lineêre konfigurasie met die permanente magneetmechanisme. Die oopstandweer veer word op die drywaart van elke fase se permanente magneetmechanisme geplaas. Die algehele struktuur van 'n enkele direkwerkende permanente magneetmechanisme word in Figuur 1 getoon, en sy montageschematiese diagram binne die soliede-geïsoleerde RMU word in Figuur 2 geïllustreer.
2. Wiskundige model van die permanente magneetmechanisme aandryfkring
Die direkwerkende permanente magneetmechanisme wat hier ontwerp is, is gebaseer op die beginsel van 'n enkel-stabiliteitspermanente magneetmechanisme. Dit maak gebruik van 'n aandryfmetode waar 'n belaaide kondensator ontlad word om die permanente magneetmechanisme te aktiveer. Die kringdiagram word in Figuur 3 getoon, waar C die kondensator voorstel wat gebruik word om die permanente magneetmechanisme aan te dryf, R die ekwivalente weerstand van die spoel van die permanente magneetmechanisme aandui, en L die ekwivalente induktansie van die spoel aandui.
Die dinamiese eienskappe van die enkel-stabiliteitspermanente magneetmechanisme voldoen aan die stelsel van differensiaalvergelykings soos in Vergelyking (1) getoon:
waar i die oop- of sluitstroom deur die spoel (A) is; uC die aanvanklike spanning van die laai-kondensator (V) is; R die ekwivalente weerstand van die spoel (Ω) is; C die kapasiteit van die laai-kondensator (F) is; ψ die totale magnetiese fluxkoppeling van die elektromagnetiese stelsel (Wb) is; m die ekwivalente massa van die bewegende dele verwys na die bewegende kern (kg) is; x die verskuiwing van die bewegende kern (m) is; v die snelheid van die bewegende kern (m/s) is; Fx die elektromagnetiese krag wat op die bewegende kern werk (N) is; Ff die teenwerkende krag op die bewegende kern (N) is. Deur hierdie stelsel van vergelykings op te los, word die dinamiese eienskappe van die permanente magneetmechanisme verkry.
3. Teenwerkende krag ekwivalensie
Die hoof teenwerkende krage in die ring hoofeenheid se skakeelaar sluit in die kontakdruk van die boogverdelingkamer en die oopstandweer krag van die permanente magneetmechanisme. Hierdie teenwerkende krage word ekwivalent verwys na die bewegende kern van die permanente magneetmechanisme. Die boogverdelingkamer het 'n kontakopening afstand van 9,5 mm en 'n oorgang van 2,5 mm, met 'n totale mekanisme slag van 12 mm. Die teenwerkende krage van die oopstandweer en kontakveer word gemete volgens die bewegings slag van die permanente magneetmechanisme, en die teenwerkende kragkurwe word geteken op grond van spesifieke data. Die gedetailleerde teenwerkende krag ekwivalensie punte word in Tabel 1 getoon.
4. Simulasie model oprigting
Die dinamiese eienskappe van die direkwerkende permanente magneetmechanisme word opgelos deur gebruik te maak van die eindige element metode (FEM). Die basiese beginsel van FEM is om die kontinue oplossingsgebied te diskretiseer in 'n eindige aantal elemente wat by knope verbonden is. Na individuele element analise, word 'n globale samestelling uitgevoer, en grensvoorwaardes toegepas, met die finale oplossing verkry via rekenaarberekening. In hierdie studie word die Ansoft eindige element simulasiesagteware gebruik om die simulasie model van die permanente magneetmechanisme op te rig, en materiaaleienskappe van sy komponente ingestel. Die permanente magneetmateriaal word gedefinieer as NdFe35, en die yoke materiaal as staal-1010.
Daarna word die spoelparameters toegewys: die laaispanning van die kondensator is 110 V, die kapasiteit is 0,047 F, die spoel DC weerstand is 5 Ω, die aantal windinge is 500, en die induktansie is 0,0143 H. Aangesien die direkwerkende permanente magneetmechanisme van 'n enkel-stabiliteitstipe is, word die oopoperasie aangedryf deur die oopstandweer krag. Daarom is slegs 'n klein omgekeerde stroom nodig om 'n omgekeerde magnetiese flux te genereer om die flux wat deur die permanente magneet geproduseer word, te kanselleer, en die mekanisme onder die standweer se teenwerkende krag te laat oopgaan. Om die vereiste omgekeerde magnetiese flux te verminder, is na wye simulasie en toetsing, 'n 5 Ω DC weerstand in reeks in die oop aandryfkring bygevoeg.
Laastens word oppervlak en soliede modellering en netmaking op die permanente magneetmechanisme uitgevoer. 'n Relatief digte net is toegepas op sleutelmagnetiese komponente soos die bewegende kern, magneet eindkappe, yoke, en permanente magneet, terwyl 'n grovere net vir nie-magnetiese dele gebruik word.
5. Analise van simulasie en eksperimentele resultate
Die elektriese en meganiese eienskappe van die direkwerkende permanente magneetmechanisme word ontleed deur Ansoft simulasies met werklike produktoetse te kombineer, met fokus op die sluit- en oopstroom en slag eienskappe. Figuur 5 wys die gesimuleerde sluitstroom kurwe, met 'n piekstroom van 13,2 A. Figuur 6 wys die oscilloskoop-gemete sluitstroom, met 'n gemeet piek van 14,2 A. Figuur 7 stel die gesimuleerde sluit slag kurwe voor, wat 'n sluitspoed (gemiddelde spoed oor die laaste 6 mm voordat die kontak sluit) van 0,8 m/s oplewer. Figuur 8 wys die oscilloskoop-gemete sluitspoed, wat 0,75 m/s is. Die resultate dui daarop dat die sluit meganiese eienskappe van die ontwerp direkwerkende permanente magneetmechanisme vir die soliede-geïsoleerde ring hoofeenheid die eise van skakeelaartoerusting bevredig, en die fout tussen simulasie en eksperimentele resultate val binne die aanvaarbare ontwerp bereik.
6. Gevolgtrekking
Hierdie artikel het 'n direkwerkende permanente magneetmechanisme vir soliede-geïsoleerde ring hoofeenhede ontwerp. Die sluit- en oopstroming en meganiese slag eienskappe van die mekanisme is ontleed en vergelyk deur gebruik te maak van rekenaarsimulasie en werklike produktoetse. Die resultate wys dat die opgestelde dinamiese kenmerk simulasie model kan dien as 'n teoretiese basis vir praktiese permanente magneetmechanisme ontwerp. Die direkwerkende permanente magneetmechanisme is goed geskik vir gebruik in soliede-geïsoleerde ring hoofeenhede, met lae aandryfstroom en uitsonderlike meganiese prestasie soos sluit- en oopspeed, wat die tegniese eise ten volle bevredig. Dit bied ook 'n tegniese basis vir die toekomstige ontwikkeling van hoëspanningsynkroniese fase keurskakeelaar.
