电磁斥力机构能量转换效率优化研究

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电磁斥力机构利用产生的电磁斥力带动开关触头运动,在动作速度上具有固有响应时间短、分合闸速度快的特点。根据电磁斥力的产生原理,可以把电磁斥力机构分为两种类型:反串型,主要包括反串型线圈-线圈式电磁斥力机构,通过动线圈与驱动线圈中流过大小相等方向相反的脉冲电流产生电磁斥力;耦合型,主要包括耦合型线圈-线圈式和线圈-盘式电磁斥力机构,利用电磁感应原理产生电磁斥力。由于其特有的工作原理造成电磁斥力机构的能量利用效率低下,所以本篇文章以两种类型电磁斥力机构为研究对象,从降低驱动回路电阻的角度出发来实现对能量转换效率的提高。
  首先基于反串型线圈-线圈式电磁斥力机构提出一种电阻系数优化方法,建立了等效电路模型,分析了电阻-损耗曲线与动能曲线之间的关系,在保证外部电路参数和线圈等效电感不变的情况下,对驱动回路电阻与线圈外形尺寸进行研究分析,提取了电阻系数 RF,提出电阻系数优化方法。通过仿真验证,结果表明电阻系数优化方法可以有效提高驱动回路电流和电磁斥力峰值,提高能量转换效率。
  其次研究了电阻系数在耦合型线圈-线圈式电磁斥力机构的适用性,首先对放电电路进行频域分析,建立了简化数学模型,再和反串型线圈-线圈式进行对比分析,最后分析了电阻系数优化方法在耦合型线圈-线圈式电磁斥力机构中的适用性,结合仿真验证表明电阻系数优化方法适用于耦合型线圈-线圈式电磁斥力机构。
  最后研究了线圈-盘式电磁斥力机构的优化设计方法,通过将斥力盘与斥力盘线圈进行等效,分析线圈-盘式和耦合型线圈-线圈式之间的等效性,提出适用于该种机构的电阻系数优化方法,通过对能量转换过程和电阻系数优化方法的分析,提出一种有效降低斥力盘等效电阻的结构,并且通过仿真验证了电阻系数优化方法可以有效的提高驱动回路驱动电流,增加电磁斥力峰值,提升机构的驱动性能。
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