Reka Bentuk dan Simulasi Mekanisme Magnet Kekal Beraksi Langsung untuk RMU Terisolasi Pepejal

1. Reka Bentuk Mekanisme Magnet Kekal

Oleh kerana permintaan yang tinggi untuk miniaturisasi dalam unit utama cincin (RMU) bertapis pepejal, mekanisme magnet kekal tradisional dengan penguncian tiga fasa tidak dapat memenuhi keperluan miniaturisasi keseluruhan peralatan. Oleh itu, mekanisme magnet kekal yang direka dalam konteks ini mengambil struktur langsung tiga fasa yang bebas. Unit ruang padam busur setiap fasa dicetak secara integral dengan badan pengecoran RMU dan dihubungkan dengan mekanisme magnet kekal melalui rod isolasi dalam konfigurasi linear. Pegas tandingan bukaan diletakkan pada poros pemandu setiap fasa mekanisme magnet kekal. Struktur keseluruhan mekanisme magnet kekal langsung tunggal ditunjukkan dalam Gambaraj 1, dan skema rakitan dalam RMU bertapis pepejal digambarkan dalam Gambaraj 2.

2. Model Matematik Litar Pemacu Mekanisme Magnet Kekal

Mekanisme magnet kekal langsung yang direka di sini berdasarkan prinsip mekanisme magnet kekal satu keadaan stabil. Ia menggunakan kaedah pemacu di mana kapasitor yang dibebankan dibuang untuk mengaktifkan mekanisme magnet kekal. Rajah litar ditunjukkan dalam Gambaraj 3, di mana C mewakili kapasitor yang digunakan untuk memandu mekanisme magnet kekal, R menandakan rintangan setara kumpasan mekanisme magnet kekal, dan L menunjukkan induktansi setara kumpasan.

Ciri dinamik mekanisme magnet kekal satu keadaan stabil memenuhi sistem persamaan pembezaan yang ditunjukkan dalam Persamaan (1):

di mana i adalah arus buka atau tutup melalui kumpasan (A); u_C adalah voltan awal kapasitor yang dibebankan (V); R adalah rintangan setara kumpasan (Ω); C adalah kapasitansi kapasitor yang dibebankan (F); ψ adalah tautan fluks magnetik keseluruhan sistem elektromagnet (Wb); m adalah jisim setara bahagian bergerak merujuk kepada inti bergerak (kg); x adalah perpindahan inti bergerak (m); v adalah halaju inti bergerak (m/s); F_x adalah daya elektromagnet yang bertindak pada inti bergerak (N); F_f adalah daya tandingan pada inti bergerak (N). Penyelesaian sistem persamaan ini memberikan ciri dinamik mekanisme magnet kekal.

3. Ekuivalensi Daya Tandingan

Daya tandingan utama dalam pemutus litar unit utama cincin termasuk tekanan hubungan ruang padam busur dan daya pegas bukaan mekanisme magnet kekal. Daya tandingan ini dirujuk ekuivalen ke inti bergerak mekanisme magnet kekal. Ruang padam busur mempunyai jarak bukaan hubungan 9.5 mm dan over-travel 2.5 mm, dengan langkah mekanisme keseluruhan 12 mm. Daya pegas bukaan dan pegas hubungan diukur mengikut langkah gerakan mekanisme magnet kekal, dan graf daya tandingan dilukis berdasarkan data spesifik. Titik-titik ekuivalensi daya tandingan yang terperinci ditunjukkan dalam Jadual 1.

4 Pembentukan Model Simulasi

Ciri dinamik mekanisme magnet kekal langsung diselesaikan menggunakan kaedah elemen terhingga (FEM). Prinsip asas FEM adalah untuk mendiskretkan domain penyelesaian berterusan menjadi sejumlah elemen terhingga yang saling terhubung pada nod. Selepas analisis elemen individu, perakuan global dilakukan, dan syarat sempadan diterapkan, dengan penyelesaian akhir diperoleh melalui pengiraan komputer. Dalam kajian ini, perisian simulasi elemen terhingga Ansoft digunakan untuk membentuk model simulasi mekanisme magnet kekal, dan parameter bahan komponennya ditetapkan. Bahan magnet kekal ditakrifkan sebagai NdFe35, dan bahan yoke sebagai steel-1010.

Selanjutnya, parameter kumpasan ditetapkan: voltan beban kapasitor ialah 110 V, kapasitansi ialah 0.047 F, rintangan DC kumpasan ialah 5 Ω, bilangan putaran ialah 500, dan induktansi ialah 0.0143 H. Oleh kerana mekanisme magnet kekal langsung adalah jenis satu keadaan stabil, operasi bukaan dipacu oleh daya pegas bukaan. Oleh itu, hanya arus songsang yang kecil diperlukan untuk menghasilkan fluks magnetik songsang untuk membatalkan fluks yang dihasilkan oleh magnet kekal, membolehkan mekanisme dibuka di bawah daya tandingan pegas. Untuk mengurangkan fluks magnetik songsang yang diperlukan, selepas simulasi dan ujian yang luas, resistor DC 5 Ω ditambah secara siri dalam litar pemacu bukaan.

Akhirnya, pemodelan permukaan dan pepejal serta penyegaran dilakukan pada mekanisme magnet kekal. Segarisan yang lebih padat diterapkan pada komponen magnet utama seperti inti bergerak, tutup magnet, yoke, dan magnet kekal, manakala segarisan yang lebih kasar digunakan untuk bahagian non-magnet.

5 Analisis Keputusan Simulasi dan Ujian

Ciri elektrik dan mekanik mekanisme magnet kekal langsung dianalisis dengan menggabungkan simulasi Ansoft dengan ujian produk sebenar, dengan fokus pada ciri arus dan langkah bukaan dan tutupan. Gambaraj 5 menunjukkan graf arus tutupan yang disimulasikan, dengan arus puncak 13.2 A. Gambaraj 6 menunjukkan arus tutupan yang diukur menggunakan osiloskop, dengan arus puncak yang diukur 14.2 A. Gambaraj 7 menunjukkan graf langkah tutupan yang disimulasikan, menghasilkan kelajuan tutupan (kelajuan purata selama 6 mm terakhir sebelum penutupan hubungan) 0.8 m/s. Gambaraj 8 menunjukkan kelajuan tutupan yang diukur menggunakan osiloskop, yang ialah 0.75 m/s. Hasil-hasil ini menunjukkan bahawa ciri mekanik tutupan mekanisme magnet kekal langsung yang direka untuk unit utama cincin bertapis pepejal memenuhi keperluan peralatan pemutus litar, dan ralat antara hasil simulasi dan ujian jatuh dalam julat reka bentuk yang boleh diterima.

6 Kesimpulan

Kertas ini merancang mekanisme magnet kekal langsung untuk unit utama cincin bertapis pepejal. Arus dan ciri langkah mekanikal tutupan dan bukaan mekanisme dianalisis dan dibandingkan menggunakan simulasi komputer dan ujian produk sebenar. Hasil-hasil menunjukkan bahawa model simulasi ciri dinamik yang dibentuk boleh berfungsi sebagai asas teori untuk reka bentuk mekanisme magnet kekal praktikal. Mekanisme magnet kekal langsung sangat sesuai untuk digunakan dalam unit utama cincin bertapis pepejal, dengan arus pemacu yang rendah dan prestasi mekanikal yang baik seperti kelajuan tutupan dan bukaan, sepenuhnya memenuhi keperluan teknikal. Ia juga menyediakan asas teknikal untuk perkembangan masa depan pemilih fasa serentak tegangan tinggi.