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摘 要 使用创新的多体动力学仿真软件包ADAMS VS1真空断路器执行机构动力学模型，并对该模型的有效性进行了验证。在上述两个模型的基础上，打破过程模拟，研究不同的断裂条件的电路断路器的机械性能。验证结果表明，该仿真可在一定程度上显示电路断路器的操作规律。
关键词 电动力效应 高压断路器 动力学特性 仿真分析
中图分类号： TM85 文献标识码：A
1 引言
断路器的动力学研究，以前的方案是：利用断路器运动部件运动学方程和动力学方程，适当的数值方法求解方程；视觉模拟运动部件的运动过程。用这种方法进行简单的运动控制系统是有效的，尤其是在低压电器运动学特征的研究，已成功地应用。但对于复杂的机械系统，如高电压断路器的操作机构，许多由于组件约束关系的各种组件之间的动力学方程的复杂性，这一方案似乎是不够的，这需要寻求其他的解决方案。多体动力学仿真软件的出现提供了良好的手段来解决这个问题。 ADAMS软件包是使用最广泛的机械系统仿真分析的全球软件之一。它可以很容易地创建参数化实体模型，进行多体系统动力学理论计算，以解决运动方程的多体系统动力学方程的问题。相对于传统的模拟方法的ADAMS仿真，避免了繁琐的建立方程和方程组求解工作，使用户能够集中关注问题，极大地提高了仿真效率。
基于多体系统动力学的原理，利用ADAMS软件封装VS1真空断路器执行机构动力学模型，并测试了该模型的有效性。同时，我们还建立了真空断路器供电的计算模式。基于两个模型，模拟断路器的短路分断过程，打破电力断路器的机械性能，使用测试方法的模拟结果进行验证，为最优化的设计提供了必要的理论基础。
2 VS1真空断路器的动力学模型和验证
观察ADAMS的VS1型真空断路器的动力学模型。该模型显示了运动学方程和动力学方程。 ADAMS软件解决这些软件包的内在动力方程的模拟。为了确定是否符合实际情况，可使用高精度的导电塑料，用 ADAMS软件测试相关参数的仿真模型。在所测量的模拟曲线中，对开口进行比较。可以看出，输出曲线与实际原型吻合良好。还有其他的机械参数的仿真模型的测试，这些测试的结果证明了仿真模型的正确性和有效性。本文设计了一个实验，测试VS1真空断路器的有效性和准确性。测试电流8.9kA，11.1kA，20kA的，22.2kA，31.1kA（均为峰值）。在测试过程中，使用传感器监测断路器的机械性能，通过分析平均栅极速度，建立断路器，测试条件模拟。显示出了实验和模拟的比较结果。可见，模拟结果与实验结果吻合得很好，平均最大相对误差小于5%，最高速度相对误差不超过10%。在本文中，我们认为，电力断路器动力学模拟的效果是有效的。
3 考虑电动力效应的断路器动力学特性仿真
开关电器中的电动力直接影响着电器的工作性能。当发生短路故障时，断路器要迅速开断短路电流，在此过程中，动静触头之间产生很大的电动力，这个力必然会影响断路器的机械特性，尤其是分合闸速度。
考虑到各相导体之间的电动力对于分合闸速度的影响并不大，故本文仅分析动触头所受到的电动力。动触头所受到的电动力由两部分组成，一部分是由于电流在磁场作用下产生的洛仑兹力（Lorntz-force）FL，另一部分是 由于触头接触处电流线收缩产生的霍尔姆力（Holm-force）FH。
4结论
（1）创新的多体动力学仿真包ADAMS真空断路器动力学研究证明是可行的和有效的。（2）验证结果表明：模拟能更好地反映真实情况，同样是有效的。
参考文献
[1] 吴伟光，马履中（Wu Weiguang，Ma Luzhong）.真空断路器用弹簧操动机构的优化设计（Optimization design of operating device of vacuum circuit breaker）[J].高压电器（High Voltage Apparatus），2002，36（3）：14-16.
[2] 张晋，陈德桂，付军（Zhang Jin，Chen Degui，Fu Jun）.三相短路情况下塑壳断路器开断特性的计算机模拟（Computer simulation of MCCB switching characteristics under three phase short circuit conditions）[J].低压电器（Low Voltage Apparatus），1999，（1）：10-14.
[3] 张晋，陈德桂，付军（Zhang Jin，Chen Degui，Fu Jun）.低压开关操作机构三维可视化仿真技术的研究（Research on three-dimensional visualizing technique to improve operation of low voltage switches）[J].西安交通大學学报（Journal of Xi’an Jiaotong University），1999，33（2）：6-10.
[4] 张越今，宋键，张云清，等（Zhang Yuejin，Song Jian，Zhang Yunqing， et al）.多体动力学分析的两大软件——ADAMS和DADS （Two broadestly used softwares ADAMS and DADS in the field of multiple body system analysis）[J].汽车技术（Automation Technology），1997，（3）：16-20.
[5] ADAMS.User’s reference manual[M].Version 11.0，MDI Corpo-ration，1999.
[6] Stammberger H.Force calculations for the movable contact of circuit breakers[C].19th international conf. on electrical contactphenome-na.14-17september，1998，Nuremberg，Germany.
[7] 张冠生.电器理论基础[M].北京：机械工业出版社，1989.
[8] Yoshihiro K，Hiroyuki M，Shokichi I.3-D finite element analysis of electrodynamic repulsion forces instationary electric contacts taking into account asymmetric shape[J].IEEE Trans. on Magnetics，1997， 33（2）：1994-1999.
[9] 尚振球，郭文元.高压电器[M].西安：西安交通大学出版社，1992.
关键词 电动力效应 高压断路器 动力学特性 仿真分析
中图分类号： TM85 文献标识码：A
1 引言
断路器的动力学研究，以前的方案是：利用断路器运动部件运动学方程和动力学方程，适当的数值方法求解方程；视觉模拟运动部件的运动过程。用这种方法进行简单的运动控制系统是有效的，尤其是在低压电器运动学特征的研究，已成功地应用。但对于复杂的机械系统，如高电压断路器的操作机构，许多由于组件约束关系的各种组件之间的动力学方程的复杂性，这一方案似乎是不够的，这需要寻求其他的解决方案。多体动力学仿真软件的出现提供了良好的手段来解决这个问题。 ADAMS软件包是使用最广泛的机械系统仿真分析的全球软件之一。它可以很容易地创建参数化实体模型，进行多体系统动力学理论计算，以解决运动方程的多体系统动力学方程的问题。相对于传统的模拟方法的ADAMS仿真，避免了繁琐的建立方程和方程组求解工作，使用户能够集中关注问题，极大地提高了仿真效率。
基于多体系统动力学的原理，利用ADAMS软件封装VS1真空断路器执行机构动力学模型，并测试了该模型的有效性。同时，我们还建立了真空断路器供电的计算模式。基于两个模型，模拟断路器的短路分断过程，打破电力断路器的机械性能，使用测试方法的模拟结果进行验证，为最优化的设计提供了必要的理论基础。
2 VS1真空断路器的动力学模型和验证
观察ADAMS的VS1型真空断路器的动力学模型。该模型显示了运动学方程和动力学方程。 ADAMS软件解决这些软件包的内在动力方程的模拟。为了确定是否符合实际情况，可使用高精度的导电塑料，用 ADAMS软件测试相关参数的仿真模型。在所测量的模拟曲线中，对开口进行比较。可以看出，输出曲线与实际原型吻合良好。还有其他的机械参数的仿真模型的测试，这些测试的结果证明了仿真模型的正确性和有效性。本文设计了一个实验，测试VS1真空断路器的有效性和准确性。测试电流8.9kA，11.1kA，20kA的，22.2kA，31.1kA（均为峰值）。在测试过程中，使用传感器监测断路器的机械性能，通过分析平均栅极速度，建立断路器，测试条件模拟。显示出了实验和模拟的比较结果。可见，模拟结果与实验结果吻合得很好，平均最大相对误差小于5%，最高速度相对误差不超过10%。在本文中，我们认为，电力断路器动力学模拟的效果是有效的。
3 考虑电动力效应的断路器动力学特性仿真
开关电器中的电动力直接影响着电器的工作性能。当发生短路故障时，断路器要迅速开断短路电流，在此过程中，动静触头之间产生很大的电动力，这个力必然会影响断路器的机械特性，尤其是分合闸速度。
考虑到各相导体之间的电动力对于分合闸速度的影响并不大，故本文仅分析动触头所受到的电动力。动触头所受到的电动力由两部分组成，一部分是由于电流在磁场作用下产生的洛仑兹力（Lorntz-force）FL，另一部分是 由于触头接触处电流线收缩产生的霍尔姆力（Holm-force）FH。
4结论
（1）创新的多体动力学仿真包ADAMS真空断路器动力学研究证明是可行的和有效的。（2）验证结果表明：模拟能更好地反映真实情况，同样是有效的。
参考文献
[1] 吴伟光，马履中（Wu Weiguang，Ma Luzhong）.真空断路器用弹簧操动机构的优化设计（Optimization design of operating device of vacuum circuit breaker）[J].高压电器（High Voltage Apparatus），2002，36（3）：14-16.
[2] 张晋，陈德桂，付军（Zhang Jin，Chen Degui，Fu Jun）.三相短路情况下塑壳断路器开断特性的计算机模拟（Computer simulation of MCCB switching characteristics under three phase short circuit conditions）[J].低压电器（Low Voltage Apparatus），1999，（1）：10-14.
[3] 张晋，陈德桂，付军（Zhang Jin，Chen Degui，Fu Jun）.低压开关操作机构三维可视化仿真技术的研究（Research on three-dimensional visualizing technique to improve operation of low voltage switches）[J].西安交通大學学报（Journal of Xi’an Jiaotong University），1999，33（2）：6-10.
[4] 张越今，宋键，张云清，等（Zhang Yuejin，Song Jian，Zhang Yunqing， et al）.多体动力学分析的两大软件——ADAMS和DADS （Two broadestly used softwares ADAMS and DADS in the field of multiple body system analysis）[J].汽车技术（Automation Technology），1997，（3）：16-20.
[5] ADAMS.User’s reference manual[M].Version 11.0，MDI Corpo-ration，1999.
[6] Stammberger H.Force calculations for the movable contact of circuit breakers[C].19th international conf. on electrical contactphenome-na.14-17september，1998，Nuremberg，Germany.
[7] 张冠生.电器理论基础[M].北京：机械工业出版社，1989.
[8] Yoshihiro K，Hiroyuki M，Shokichi I.3-D finite element analysis of electrodynamic repulsion forces instationary electric contacts taking into account asymmetric shape[J].IEEE Trans. on Magnetics，1997， 33（2）：1994-1999.
[9] 尚振球，郭文元.高压电器[M].西安：西安交通大学出版社，1992.