微型断路器开断过程的数学建模分析-【新闻】

发布时间：2021-05-28 14:45:44 阅读：次来源：线盘厂家

微型断路器开断过程的数学建模分析

【低压产业网】微型断路器正常接通时，电磁铁的动、静铁芯在反力弹簧的作用下处于分开状态;短路时，短路电流使线圈产生磁场，在磁场力作用下动铁芯与静铁芯快速吸合同时推动推杆撞击脱扣杆使机构解锁，动触头由操作机构带动同时与静触头逐渐分开并产生电弧。在此过程中，触头除受操作机构的影响外，也受到电动斥力的影响。

作用在动触头上的电动斥力包括霍尔姆力和导电回路产生的洛仑兹力.霍尔姆力是由触头接触面附近的电流线收缩产生的，它仅存在于动静触头保持金属接触状态的时间里，可以应用公式来计算。断路器导电回路产生的洛仑兹力一直存在，直至电弧熄灭，与电流的平方成正比。

对于如图1所示的脱扣器模型，D1表示推杆与脱扣杆的距离，D2表示动铁芯与动触头的距离。若D2大于D1，推杆碰撞脱扣杆时，动铁芯尚未碰到动触头;若D2近似等于D1，推杆碰撞脱扣杆时，动铁芯也几乎同时碰到动触头。D1与D2的尺寸配合是否对微型断路器的开断性能产生影响以及产生什么样影响，对此问题目前所做的研究还很少。

图1 微型断路器脱扣器简图

本文研究对象为额定电流为63A的微型断路器。应用有限元分析软件ANSYS，计算螺管式脱扣器的静特性;并基于电场一磁场一电动斥力之间的关系计算回路洛仑兹力;然后用ADAMS对其进行二次开发，建立MCB开断过程的动力学模型，仿真分析了电动斥力和D1与D2尺寸配合对断路器开断性能的影响。

1 静特性计算

静特性计算包括脱扣器静态吸力特性和短路电流作用下动触头受到的电动斥力。

1.1 脱扣器静特性的计算

1.1.1建立模型

如图2所示，螺管式冲击电磁铁模型主要由线圈、动铁芯、静铁芯、推杆、轭铁板、轭铁、双金属片等部分组成。为使ANSYS能够方便地对模型进行单元剖分，同时又保证仿真的精确性，我们对原模型进行了适当的修整处理，并去掉不

必要的零部件;模型的结构基本具备对称性，故取其一半模型进行分析。图3为螺线管计算模型。

在图3的基础上添加气隙空气和外部空气块，建立最终的计算模型;对模型附属性并剖分;然后添加约束，求解。

1.1.2计算静态数据网格

定义动铁芯和静铁芯的距离为气隙D，见图3。改变载流大小和工作气隙D，分别计算电流值为63A、100A、200A、300A、400A、500A、600A、630A、700A、800A、900A、1000A、2000A、3000A、4000A、5000A、6000A、7000A、8000A、9000A.气隙值为0.5mm、0.75mm、1.0mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.6mm时的动铁芯受到的电磁吸力，构成一个20×8的静态数据网格，为下文中动态特性的计算提供插值数据。表1为部分电磁吸力计算值。