高压SF6断路器用永磁直线电机操动机构的研究

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提升高压断路器和电网运行的安全性能和可靠性是提高我国智能电网技术的一项重要工作。高压断路器作为电力系统中最重要的电器开关,必须具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力。断路器的断开或者闭合是由操动机构控制的,传统的高压断路器配置的操动机构主要有液压机构、气动机构、弹簧机构和电磁机构,根据统计数据,在高压断路器的故障中,操动机构的动作失灵故障占主要部分。因此提高传统操动机构的性能和质量,或者是研制新型操动机构都是增强高压断路器可靠性的重要途径。  为了克服传统高压断路器操动机构的诸多缺点、简化机构的结构,减少零部件的数目,本论文针对126 kV高压六氟化硫断路器,提出了一种新型的、高可靠性的圆筒型直线表贴式永磁电机操动机构,该电机操动机构具有结构简单、可操控性强、初级绕组利用率高等优点,能够满足126 kV高压六氟化硫断路器的运行要求。本论文着重分析了断路器的操动性能要求,结合直线电机的推力方程,进行电机的参数计算,并通过有限元分析软件分析设计,进而优化尺寸,得到电机操动机构的制造尺寸。另外,通过动力学分析软件对126 kV高压六氟化硫断路器进行了动力学分析,得到断路器分、合闸时的反力特性曲线以及速度特性曲线,为后续电机操动机构的控制奠定基础。  论文的主要内容包括以下几个部分:  (1)阐述了传统高压断路器操动机构的特点以及国内外高压断路器操动机构的研究现状,在此基础上提出一种圆筒型直线永磁电机操动机构。  (2)介绍了126 kV高压六氟化硫断路器的运行技术指标,通过技术指标分析得到电机的设计要求,根据电机特点,推导出电机的推力方程,并且确定了电机的基本参数。  (3)设计并比较不同电机槽极比的电机性能,确定电机最优的初级槽数和次级极数,优化电机的极弧系数,提高电机出力,减小永磁直线电机固有的棘爪力,并通过解析分析和有限元分析,分别对初级长度和次级长度进行优化,减少直线电机的棘爪力。  (4)通过有限元分析软件对电机进行建模分析,经求解和后处理得到电机静态特性,包括空载反电势、电感、棘爪力、推力等。  (5)采用动力学分析软件对126 kV高压六氟化硫断路器进行动力学分析,得到断路器在最佳分、合闸状态时的反力特性以及速度特性曲线,为后续电机操动机构控制奠定基础。  (6)对制作的样机进行相关测试,包括电感、电阻和空载反电势等,以验证电机设计和分析的正确性。
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