影响断路器分断速度的主要因素分析

2023-06-15 百科知识版权反馈

【摘要】：在分断过程中，触头的分断速度主要影响电弧电压上升速度，电弧停滞时间和电弧进入栅片的快慢。在对机构优化前，先来分析一些影响断路器操作机构分断速度的主要因素，例如：分断弹簧的刚度和杆件形状。增大主弹簧的刚度系数可以提高断路器的分断速度。可见，主弹簧刚度系数的提高能增大机构的开断速度，但同时增加了手动分合闸所需操作力，因而弹簧刚度的增加受到断路器手动操作力增大的约束。4）下连杆质心位置和质量影响最小。

提高分断能力及其使用寿命一直是低压断路器研究的一个重点内容，可以通过改进灭弧室结构提高灭弧能力、优化与改进操作机构和缩短触头弹跳时间等方法来达到提高分断性能的目的。在分断过程中，触头的分断速度主要影响电弧电压上升速度，电弧停滞时间和电弧进入栅片的快慢。因此，以提高主轴的平均角速度为目的，进行机构的优化设计，对提高断路器开断性能有重要作用。在对机构优化前，先来分析一些影响断路器操作机构分断速度的主要因素，例如：分断弹簧的刚度和杆件形状。

增大主弹簧的刚度系数可以提高断路器的分断速度。图2-29和图2-30分别为分断弹簧不同刚度系数下的主轴角位移和角速度随时间的变化曲线，曲线1到曲线3刚度系数分别为17.5N/mm、27.5N/mm、37.5N/mm，主轴转到最大角度所用时间分别约为10.7ms、9ms、8ms。可见，增大弹簧刚度可提高触头打开速度，但手动分合闸所需的力也会随弹簧刚度增大而增加。仿真表明，在系数为17.5N/mm时，所需的闭合力为30N左右，在37.5N/mm时，闭合力为60N左右。可见，主弹簧刚度系数的提高能增大机构的开断速度，但同时增加了手动分合闸所需操作力，因而弹簧刚度的增加受到断路器手动操作力增大的约束。

图2-29 不同弹簧刚度系数操作机构主轴角位移随时间的变化曲线

1—17.5N/mm 2—27.5N/mm 3—37.5N/mm

图2-30 不同分断弹簧刚度系数操作机构主轴角速度随时间的变化曲线

1—17.5N/mm 2—27.5N/mm 3—37.5N/mm

在参数化分析过程中，ADAMS/View采用不同的设计参数值，自动地运行一系列的仿真分析，然后返回分析结果。通过对结果的分析，可以研究一个或多个参数变化对样机性能的影响。获得最危险的操作工况以及最优化的样机。类似于实际物理样机的设计、试验和优化过程，ADAMS软件提供了参数化分析方法——设计研究，是在特定范围内对某个设计变量设置不同的若干值，进行一系列的自动仿真分析，各次的分析结果以报告形式列出，通过设计研究结果可知：

1）在设计变量变化过程中虚拟样机性能的变化情况；

2）在给定分析范围内找到设计变量的最佳参数值；

3）设计变量对虚拟样机性能的近似敏感度。敏感度是前后两次试验中设计敏感度的平均值，该值可以表示为S_i：

式中 O——目标值；

V——设计变量的数值；

i——迭代次数。

可以通过敏感度值了解某个参数在变化时，对目标函数的影响程度。敏感度为正值，表示目标值在迭代过程中逐渐增大，反之亦然。

在ADAMS软件中，刚体的运动状态是根据构件质心在计算坐标系的位置，采用修正的Newton-Raphson迭代算法迅速分析求解。虽然不同型号的低压断路器操作机构的原理相同，但是杆件形状却有很大的不同。图2-31是直角坐标系下的塑壳断路器机构模型，触头支架旋转轴O₁作为主轴是直角坐标系原点，轴A、轴B、轴C和轴O₂是操作机构关键轴。改变杆件形状相当于改变杆件的质心位置和质量，因此将跳扣k、上连杆h、下连杆g、触头的质量和质心X、Y坐标设为变量，进行设计研究，研究它们对主轴分断角速度的影响。表2-4为杆件质量的设计研究结果，表2-5为杆件质心位置的设计研究结果。