小型断路器磁脱扣优化仿真分析及实验研究

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2022.01.011

摘要/Abstract

摘要：

小型断路器一般通过磁脱扣来进行短路保护,优化电磁吸力对小型断路器的设计具有至关重要的作用。利用Creo软件建立了磁脱扣器模型,并设计了4种不同结构的动铁心模型以及5种不同结构的轭铁模型,利用有限元软件Ansys对原始模型和优化模型进行了仿真分析,得到了不同结构、不同电流、不同工作间隙时动铁心的电磁吸力和归一加速度。分析结果显示,当动铁心削减体积不大时或者缩短轭铁长度和增大轭铁厚度时,有助于脱扣动作准确快速地执行。最后,对3种断路器进行了瞬时脱扣实验,实验结果和仿真结果相吻合,验证了仿真结果的正确性。

关键词: 小型断路器, 电磁吸力, 动铁心, 轭铁, 脱扣时间

Abstract:

Miniature circuit breakers are generally short-circuit protected by magnetic tripping.Optimizing electromagnetic suction plays an important role in the design of miniature circuit breaker.The magnetic release model is established by using Creo software,and four kinds of moving iron core models with different structures and five kinds of yoke models with different structures are designed.The original model and optimization model are simulated and analyzed by using finite element software Ansys,and the electromagnetic suction and normalized acceleration of the moving iron core with different structures,different currents and different working clearances are obtained.The analysis results show that when the reduction volume of the moving iron core is small,or when the yoke length is shortened and the yoke thickness is increased,it is helpful to carry out the tripping action accurately and quickly.Finally,the instantaneous tripping experiments of three kinds of circuit breakers are carried out,and the experimental results are consistent with the simulation results,which verifies the correctness of the simulation results.

Key words: miniature circuit breaker (MCB), electromagnetic suction, moving iron core, yoke, tripping time

中图分类号:

TM561

胡金利. 小型断路器磁脱扣优化仿真分析及实验研究[J]. 电器与能效管理技术, 2022, 0(1): 51-56.

HU Jinli. Simulation Analysis and Experimental Research on Magnetic Tripping Optimization of Miniature Circuit Breaker[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2022, 0(1): 51-56.

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参考文献 10

[1]	刘志伟. 一种新型螺管式电磁脱扣器的分析[J]. 电工电气, 2018(12):44-49.
[2]	张广智, 尹家灿, 赵鹏, 等. 万能式断路器触头系统电动稳定性的仿真计算[J]. 电器与能效管理技术, 2020(4):54-61.
[3]	张业. 小型断路器分断电弧磁吹效果仿真研究与试验分析[J]. 电器与能效管理技术, 2019(18):13-19.
[4]	季良, 陈德桂, 刘颖异, 等. 两种静导电回路对塑壳断路器开断性能的影响分析[J]. ,电工技术学报,201, 25(8):45-51.
[5]	沈先, 王冰青. 小型断路器机构脱扣速度的优化设计[J]. 电器与能效管理技术, 2020(6):36-40,45.
[6]	潘万军. 小型断路器电磁脱扣器的优化设计[J]. 电器与能效管理技术, 2017(7):41-44.
[7]	MORIAI H. Interruption technology of breakers for high voltage direct current[J]. Fuji Electric Journal, 2012, 58(3):127-132.
[8]	SCHRANK T, WILKENING E D.KURRAT M, et al. Breaking performance of a circuit breaker influenced by a permanent magnetic field at DC voltages up to 450 V[C]// Proceedings of the 26th International Conference on Electrical Contacts, 2012:35-40.
[9]	朱忠建, 杨倬, 裴军, 等. 直流断路器瞬动式磁脱扣器的设计分析[J]. 电器与能效管理技术, 2014(11):30-33.
[10]	冯慈璋, 马西奎. 工程电磁场导论[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000.

模型	削减体直径/mm	削减体长度/mm	削减总体积/mm³
原始模型	0	0	0
模型1	2	1	3.141 6
模型2	2	2	6.283 2
模型3	2	5	15.708 0
模型4	3	5	35.343 0

模型	脱扣时间/ms
模型	实验1	实验2	实验3	实验4	实验5
原始	84	83	85	84	90
优化1	73	71	75	80	78
优化2	78	76	81	83	79

[1]	潘庆元. 小型断路器双金属片热弯曲特性的实验仿真[J]. 电器与能效管理技术, 2022, 0(2): 46-52.
[2]	何志鹏, 赵虎. 小型断路器电寿命试验研究[J]. 电器与能效管理技术, 2022, 0(1): 19-26.
[3]	黄佳, 任昌宾, 张彦阳. 小型断路器接线端子温升研究[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(8): 40-42.
[4]	杨文强, 张保亮, 张蓬鹤, 袁学兵, 赵虎. 数字化精密测量技术及小型断路器分断性能提升研究[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(8): 6-10.
[5]	黄彬, 张宇星, 刘诚. 功率因数和合闸相角对小型断路器短路试验的影响[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(6): 58-62.
[6]	胡金利. 基于双金属片精细建模的小型断路器热脱扣仿真及实验研究[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(4): 34-39.
[7]	赵杰, 周智鹏, 楚肖风. 智能小型断路器典型小负载电气特性分析[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(2): 45-47.
[8]	梁慧敏, 朱旭晴, 张坤, 由佳欣, 谢沅皓. 直动式电磁机构电磁吸力与线圈安匝数关系研究[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(1): 22-28.
[9]	廉世军, 武建文, 张路明, 王苏华, 刘科新. 适配MCB实现IoT功能的装置设计与实现[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(1): 49-53.
[10]	杨文强, 张蓬鹤, 张保亮. 小型断路器温升预测与仿真分析[J]. 电器与能效管理技术, 2020, 0(6): 25-29.
[11]	沈先, 王冰青. 小型断路器机构脱扣速度的优化设计[J]. 电器与能效管理技术, 2020, 0(6): 36-40.
[12]	胡金利, 卢为民, 姜义非. 小型断路器双金属片温升仿真研究[J]. 电器与能效管理技术, 2020, 0(12): 60-66.