单断点塑壳断路器操作机构的动态仿真特性

2023-06-15 百科知识版权反馈

【摘要】：图2-5 脱扣器动作的分闸过程仿真曲线图2-6 主轴转动过程中由五连杆到四连杆的转变a）t2前为五连杆系统 b）t2后为四连杆系统为了确定仿真模型是否符合实际情况，与塑壳断路器样机的物理特性是否一致。设计了一组实验，分别测试了断路器手动分合闸和脱扣分断过程中主轴角位移曲线。考虑到我们关心的主要是断路器机构的分断速度，对触头臂与挡块碰撞后的运动不作深入研究。因此，以动触头臂运动到最大角度为仿真结束时刻。

首先进行手动合闸过程的仿真，以图2-1的塑壳断路器为研究对象，建立三相触头处于分开状态的仿真模型，如图2-3所示，为了进行手动合闸，仿真时要防止跳扣动作，需在跳扣与地之间加一固定约束，其次在手柄上加上操作力，考虑对250A的断路器，一般操作力在40～60N之间，可以一个较小的值开始，逐步增加，直至机构动作为止，事先建立主轴转角和手柄操作力的测量，通过仿真可获得机构刚能动作时这两者随时间的变化曲线，如图2-4所示，图中实线为主轴转角变化（MEA_ANGLE_CONTACT），虚线为操作力变化（SFORCE_7_MEA_1），从图中可见，使机构动作的最小手柄操作力为56N。

图2-3 分闸位置的模型

图2-4 断路器合闸过程与操作力的确定

分闸过程的仿真要建立三相触头处于合闸位置的模型，如图2-3所示，分闸过程可由两种操作来实现，一种是依靠脱扣器，另一种是由手柄操作，后者仿真过程类似手动合闸，为防止脱扣器动作要在跳扣与地之间建立固定约束，而由脱扣器动作则要去掉这一固定约束，让跳扣一开始就动作，图2-5为脱扣器动作的分闸过程仿真曲线，图中虚线为主轴转角与时间关系，实线为角速度随时间的变化曲线，在角速度曲线上可看到有两个突变点，分别为t₁和t₂，当主轴旋转到走完超程，即到达t₁瞬间，主轴开始接触动导电杆，并带动动导电杆向触头分断方向旋转，由于突然加了负载，因而转速在t₁有一个突降。当主轴转动到瞬间t₂，跳扣k与其限位轴图2-2发生碰撞，跳扣k的运动被限制不再转动，此后C点成为固定点，机构运动从五连杆变为四连杆如图2-6所示。在瞬间t₂前，机构运动为由O₁O₂、k、h、g、f构成的五连杆系统（图2-6a），到t₂瞬间跳扣被限位轴限制，变成由O₁C、h、g、f构成的四连杆系统（图2-6b），四连杆系统的运动速度较五连杆慢，所以图上的速度曲线在瞬间t₂有一个降低。通常限位轴或限位挡块是和手柄杠杆连在一起，在t₂瞬间以后，当跳扣与限位轴或挡块接触后，在开断过程后期可依靠开断弹簧力，让手柄杠杆和固定在其上的手柄移动到中间位置，塑壳断路器手柄处于中间位置是指示断路器由于故障而脱扣。

图2-5 脱扣器动作的分闸过程仿真曲线

图2-6 主轴转动过程中由五连杆到四连杆的转变

a）t₂前为五连杆系统 b）t₂后为四连杆系统

为了确定仿真模型是否符合实际情况，与塑壳断路器样机的物理特性是否一致。设计了一组实验，分别测试了断路器手动分合闸和脱扣分断过程中主轴角位移曲线。实验中采用WDD35D4型精密导电塑料角位移传感器测量角位移。测量角位移的实验线路如图2-7所示，角位移传感器是通过轴套与断路器触头支架的主轴相连的。

图2-7 测量角位移的实验线路

图2-8给出了脱扣分闸过程触头支架主轴角度变化仿真与实测曲线对比结果，机构动作时间约为9ms。从图2-8中可以看出，仿真模型的输出曲线与实际样机的输出曲线吻合得较好，证明了仿真模型的正确性。由于动触头臂到达最大角度与档块碰撞后，造成曲线最后阶段的起伏变化。考虑到我们关心的主要是断路器机构的分断速度，对触头臂与挡块碰撞后的运动不作深入研究。因此，以动触头臂运动到最大角度为仿真结束时刻。由图2-8可见仿真过程中考虑和不考虑摩擦力对仿真的准确性影响很大，轴间和有接触零部件之间的摩擦力与这些零部件加工工艺有关，要准确计算摩擦力，除依靠有关手册上介绍的摩擦系数和阻尼系数外，更重要的是通过大量实验来确定。

图2-8 脱扣分闸过程中仿真与实测曲线的对比

1—实测曲线 2—不考虑摩擦力的仿真曲线 3—考虑主轴摩擦力后的仿真曲线

单断点塑壳断路器操作机构的动态仿真特性

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