Paghahanda at Simulasyon ng mga Direkta na Mekanismo ng Permanenteng Magnet para sa Solid-Insulated RMUs

1.Pagdidisenyo ng Permanent Magnet Mechanism

Dahil sa mataas na pangangailangan para sa miniaturization sa solid-insulated ring main units (RMUs), ang mga tradisyonal na single permanent magnet mechanisms na may three-phase interlocking ay hindi na makakapagtugon sa pangkalahatang pangangailangan ng miniaturization ng mga kagamitan. Kaya, ang permanent magnet mechanism na idinisenyo dito ay gumagamit ng three-phase independent direct-acting structure. Ang bawat phase ng arc extinguishing chamber unit ay integrally cast kasama ang casting body ng RMU at konektado sa permanent magnet mechanism gamit ang insulating rod sa isang linear configuration. Ang opening counterforce spring ay naka-position sa drive shaft ng bawat phase ng permanent magnet mechanism. Ang kabuuang istraktura ng isang single direct-acting permanent magnet mechanism ay ipinapakita sa Figure 1, at ang assembly schematic diagram nito sa loob ng solid-insulated RMU ay ipinapakita sa Figure 2.

2.Mathematical Model ng Drive Circuit ng Permanent Magnet Mechanism

Ang direct-acting permanent magnet mechanism na idinisenyo dito ay batay sa prinsipyo ng single-stable state permanent magnet mechanism. Ito ay gumagamit ng paraan ng pag-drive kung saan ang isang charged capacitor ay nag-discharge upang pumwersa sa permanent magnet mechanism. Ang circuit diagram ay ipinapakita sa Figure 3, kung saan ang C ay kumakatawan sa capacitor na ginagamit para sa pag-drive ng permanent magnet mechanism, ang R ay tumutukoy sa equivalent resistance ng coil ng permanent magnet mechanism, at ang L ay tumutukoy sa equivalent inductance ng coil.

Ang dynamic characteristics ng single-stable permanent magnet mechanism ay sumasapat sa system of differential equations na ipinapakita sa Equation (1):

kung saan ang i ay ang opening o closing current sa pamamagitan ng coil (A); ang u_C ay ang initial voltage ng charging capacitor (V); ang R ay ang equivalent resistance ng coil (Ω); ang C ay ang capacitance ng charging capacitor (F); ang ψ ay ang total magnetic flux linkage ng electromagnetic system (Wb); ang m ay ang equivalent mass ng moving parts na referred sa moving core (kg); ang x ay ang displacement ng moving core (m); ang v ay ang velocity ng moving core (m/s); ang F_x ay ang electromagnetic force na nakikialam sa moving core (N); ang F_f ay ang counteracting force sa moving core (N). Ang pag-solve ng system of equations na ito ay nagbibigay ng dynamic characteristics ng permanent magnet mechanism.

3.Counterforce Equivalence

Ang pangunahing counterforces sa circuit breaker ng ring main unit ay kinabibilangan ng contact pressure ng arc extinguishing chamber at ng opening spring force ng permanent magnet mechanism. Ang mga counterforces na ito ay equivalently referred sa moving core ng permanent magnet mechanism. Ang arcing chamber ay may contact opening distance na 9.5 mm at over-travel na 2.5 mm, na may kabuuang mechanism stroke na 12 mm. Ang counterforces ng opening spring at contact spring ay sinusukat ayon sa motion stroke ng permanent magnet mechanism, at ang counterforce curve ay inilalarawan batay sa partikular na data. Ang detalyadong counterforce equivalence points ay ipinapakita sa Table 1.

4 Pagtatatag ng Simulation Model

Ang dynamic characteristics ng direct-acting permanent magnet mechanism ay nasolusyunan gamit ang finite element method (FEM). Ang basic principle ng FEM ay ang pag-discretize ng continuous solution domain sa isang limitadong bilang ng elements na interconnected sa nodes. Matapos ang individual element analysis, isinasagawa ang global assembly, at ina-apply ang boundary conditions, na may final solution na nakuha sa pamamagitan ng computer computation. Sa pag-aaral na ito, ang Ansoft finite element simulation software ay ginamit upang magtayo ng simulation model ng permanent magnet mechanism, at ang material parameters ng mga bahagi nito ay itinakda. Ang permanent magnet material ay inilalarawan bilang NdFe35, at ang yoke material bilang steel-1010.

Pagkatapos, ang coil parameters ay itinalaga: ang charging voltage ng capacitor ay 110 V, ang capacitance ay 0.047 F, ang coil DC resistance ay 5 Ω, ang bilang ng turns ay 500, at ang inductance ay 0.0143 H. Dahil ang direct-acting permanent magnet mechanism ay single-stable type, ang opening operation ay pinapapwersa ng opening spring force. Kaya, kailangan lamang ng maliliit na reverse current upang lumikha ng reverse magnetic flux na kanselahan ang flux na nililikha ng permanent magnet, na nagpapahintulot sa mechanism na buksan sa ilalim ng counterforce ng spring. Upang bawasan ang kailangang reverse magnetic flux, matapos ang malawakang simulation at testing, isinama ang 5 Ω DC resistor sa series sa opening drive circuit.

Sa wakas, ang surface at solid modeling at meshing ay isinagawa sa permanent magnet mechanism. Isinagawa ang mas denseng mesh sa key magnetic components tulad ng moving core, magnetic end caps, yoke, at permanent magnet, habang ang mas coarser mesh ay ginamit para sa non-magnetic parts.

5 Pagsusuri ng Simulation at Experimental Results

Ang electrical at mechanical characteristics ng direct-acting permanent magnet mechanism ay pinag-aralan sa pamamagitan ng pagsasama ng Ansoft simulations at actual product tests, na may focus sa closing at opening current at stroke characteristics. Ang Figure 5 ay nagpapakita ng simulated closing current curve, na may peak current na 13.2 A. Ang Figure 6 ay nagpapakita ng oscilloscope-measured closing current, na may measured peak na 14.2 A. Ang Figure 7 ay nagpapakita ng simulated closing stroke curve, na nagbibigay ng closing speed (average speed sa huling 6 mm bago ang contact closure) na 0.8 m/s. Ang Figure 8 ay nagpapakita ng oscilloscope-measured closing speed, na 0.75 m/s. Ang resulta ay nagpapakita na ang closing mechanical characteristics ng idinisenyo na direct-acting permanent magnet mechanism para sa solid-insulated ring main unit ay sumasapat sa mga requirement ng switchgear, at ang error sa pagitan ng simulation at experimental results ay nasa acceptable design range.

6 Conclusion

Ang paper na ito ay idinisenyo ang direct-acting permanent magnet mechanism para sa solid-insulated ring main units. Ang closing at opening currents at mechanical stroke characteristics ng mechanism ay pinag-aralan at pinaghalihan gamit ang computer simulation at actual product testing. Ang resulta ay nagpapakita na ang itatag na dynamic characteristic simulation model ay maaaring magsilbing teoretikal na pundasyon para sa praktikal na disenyo ng permanent magnet mechanism. Ang direct-acting permanent magnet mechanism ay napakasustansya para sa paggamit sa solid-insulated ring main units, na may mababang drive current at excellent mechanical performance tulad ng closing at opening speeds, na lubos na sumasapat sa teknikal na requirements. Ito rin ay nagbibigay ng teknikal na pundasyon para sa hinaharap na pag-unlad ng high-voltage synchronous phase selection switches.