永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析方法與應(yīng)用研究.pdf

1、永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)是將永磁和電磁結(jié)合起來(lái)而形成的一種新型操動(dòng)機(jī)構(gòu)。它可廣泛應(yīng)用于航天、汽車、電器等行業(yè)，替代普通電磁式操動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能和提高控制系統(tǒng)的可靠性。隨著永磁材料性能和智能控制水平不斷提高，永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)朝著高功率密度、小型化和智能化方向發(fā)展。本文針對(duì)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析方法及在低壓開關(guān)電器的應(yīng)用進(jìn)行深入研究，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。 本文在闡述單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)以及分離磁路永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理基礎(chǔ)上，給出了等效磁路的

2、分析結(jié)果。深入研究了單穩(wěn)態(tài)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)和雙穩(wěn)態(tài)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)電磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、型式選擇以及電磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和分析方法。給出了單穩(wěn)態(tài)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與電磁設(shè)計(jì)的具體方法和步驟。提出了一種新型非對(duì)稱雙穩(wěn)態(tài)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)，研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)。討論了影響靜態(tài)保持力的結(jié)構(gòu)尺寸因素，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一種有效手段。 觸頭電動(dòng)斥力直接影響永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。采用三維有限元的方法計(jì)算了單支路和并聯(lián)支路雙斷點(diǎn)結(jié)構(gòu)觸頭電動(dòng)斥力。研究了影響計(jì)算電動(dòng)

3、斥力的因素，得到了并聯(lián)支路觸頭的電動(dòng)斥力的規(guī)律。詳細(xì)研究了永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性的仿真方法，基于磁場(chǎng)有限元理論，給出了永磁體的處理方法以及麥克斯韋張量法和虛功位移法兩種求解電磁力的方法。研究了動(dòng)態(tài)特性仿真的龍格庫(kù)塔法、直接耦合變量法以及多體軟件聯(lián)合仿真法。 研究了雙E型單穩(wěn)態(tài)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)在接觸器上的典型應(yīng)用。以63A接觸器為研究對(duì)象，分析了典型位置的磁場(chǎng)分布，計(jì)算了永磁保持力，并進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試，根據(jù)接觸器的功能要求設(shè)計(jì)

4、了永磁接觸器的控制單元，對(duì)電容的充放電過(guò)程進(jìn)行了仿真和測(cè)試。研究了全橋整流驅(qū)動(dòng)永磁接觸器合閘過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性仿真，在分析模型結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)特性方程的基礎(chǔ)上，采用MATLAB建立了永磁接觸器合閘過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真模型?；谌S有限元的方法研究了永磁接觸器永磁體安裝位置對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響，分析過(guò)程中考慮了鐵磁材料的非線性，采用耦合電壓的方式求得非規(guī)則線圈電流密度，并加載到線圈單元進(jìn)而求解磁場(chǎng)方程。仿真和試驗(yàn)結(jié)果均驗(yàn)證了設(shè)計(jì)分析方法的有效性和仿真模型的正確

5、性，從而為永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的在接觸器上的應(yīng)用奠定必要的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。 深入研究了永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)在框架斷路器的應(yīng)用，提出了一種適用于非對(duì)稱雙穩(wěn)態(tài)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的新的控制方法。耦合機(jī)械、磁場(chǎng)和電路方程進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，仿真中采用多體聯(lián)合仿真的方法，在MATLAB建立控制仿真電路，機(jī)械系統(tǒng)由ADAMS動(dòng)力學(xué)軟件完成，電磁力由電有限元方法計(jì)算而得。構(gòu)建了完整的分合閘仿真系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)定仿真切換時(shí)間來(lái)完成合分閘操作的過(guò)程，探討了電容參數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)特性的