如何计算脱扣器的静态特性？

2025-09-29 百科知识版权反馈

【摘要】：磁脱扣器的静态场分析采用三维有限元方法，借助ANSYS有限元分析软件进行，包括载流导体内的电流场分析和脱扣器的磁场分析。脱扣器的三维磁场计算完毕后，与载流导体匝链的磁链ψ采用式（4-1）进行计算。图4-4 磁脱扣器载流导体电流密度分布在有限元分析中，模型的剖分对计算结果的精度有至关重要的影响，若剖分不合理，往往会造成很大的误差，甚至可达20%以上。

这里取常用的如图4-3所示的拍合式电磁脱扣器为研究对象，这种脱扣器依靠连接母排通过的电流作为励磁，以反映主回路电流的大小。图4-3所示塑壳断路器磁脱扣器电磁铁，由于结构上对称，仅绘出其1/2对称模型，图中xoy面为对称面。

该脱扣器电磁铁为拍合式，当作为载流导体的母排通过主回路电流达整定值时，由衔铁与铁轭之间的两处工作气隙磁通产生的电磁吸力，克服反作用力，使衔铁动作。

磁脱扣器的静态场分析采用三维有限元方法，借助ANSYS有限元分析软件进行，包括载流导体内的电流场分析和脱扣器的磁场分析。载流导体的电流密度分布根据第2章公式（2-6）、（2-7）两个基本方程进行计算：

图4-3 塑壳断路器磁脱扣器电磁铁（1/2对称模型）

计算得到了载流导体的电流密度分布之后，由其产生的脱扣器磁场根据第2章公式（2-8）进行计算。

脱扣器的三维磁场计算完毕后，与载流导体匝链的磁链ψ采用式（4-1）进行计算。

式中 n——载流导体匝数；

W——磁场能量；

I——载流导体电流。(https://www.chuimin.cn)

衔铁所受电磁吸力采用Maxwell应力张量法进行计算：与衔铁接触的空气单元i的应力为T_i，接触面为s，单元的力密度为F_i，单元质心到衔铁转轴的距离为d_i，则衔铁对转轴的磁转矩M见式（4-2）和（4-3）。

通过上面的方法，就可以计算出磁脱扣器衔铁的磁转矩和磁链随气隙和电流变化的静态数据网格，并用于后面的脱扣器动态特性计算。图4-4示出了该脱扣器载流导体的电流密度分布（1/2对称模型）。

图4-4 磁脱扣器载流导体电流密度分布

在有限元分析中，模型的剖分对计算结果的精度有至关重要的影响，若剖分不合理，往往会造成很大的误差，甚至可达20%以上。为了保证脱扣器三维磁场的计算精度，采用逐次加密剖分的方法，比较前后两次的计算结果（磁力和磁通），直到相差小于1%为止，这时认为磁场计算误差也低于1%。图4-5所示为最终确定的磁脱扣器场域剖分（面对对称面）。

图4-6为仿真获得的磁脱扣器在不同电流下吸力矩随气隙（衔铁与铁轭夹角）的变化曲线M=f（θ，i）。这些结果数据的列表也即为保护特性计算所需要的静特性数据网格。

图4-5 磁脱扣器场域有限元剖分图

图4-6 不同电流下吸力矩随气隙变化的曲线

如何计算脱扣器的静态特性？

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