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。......
2023-06-15
电磁脱扣器系列化的设计方案
【摘要】：图4-43 增加励磁结构与原方案图4-42a的保护特性比较本节通过优化设计方法实现了一壳架电流为250A的塑壳断路器用脱扣器弹簧参数的系列化设计，共有8个脱扣器电流等级：100A、125A、140A、160A、180A、200A、225A和250A。表4-12给出了200A和250A两个电流等级时脱扣器动作情况的部分仿真结果。
在新一代塑壳断路器脱扣器的设计中，为了减少同一壳架、不同额定电流的系列产品所使用的弹簧规格数量，一般是通过在脱扣器上设计多个弹簧悬挂位置来改变弹簧的初始长度、初始力矩以及衔铁运动过程中作用在其上的反力矩。
图4-43 增加励磁结构与原方案图4-42a的保护特性比较
本节通过优化设计方法实现了一壳架电流为250A的塑壳断路器用脱扣器弹簧参数的系列化设计，共有8个脱扣器电流等级：100A、125A、140A、160A、180A、200A、225A和250A。其具体设计要求如下：
脱扣器的衔铁上有两个弹簧挂口，如图4-44所示，其中挂口位置1和位置2对应的弹簧初始长度分别为16.4mm和18.1mm，通过将一个原长和刚度系数相同的弹簧挂在不同的挂口上，来实现两个不同脱扣电流下脱扣器动作的目的，即该系列产品中仅用4个规格的弹簧。此外，要求短路电流有效值小于10In时脱扣器不动作，而在10×1.1In时必须动作。
按照上述方法，首先采用三维有限元方法，计算出脱扣器的静态吸力特性，如图4-45所示。计算电流值分别为100A、500A、1000A、1500A、2000A、2500A、3000A，衔铁和轭铁之间的气隙值分别为15°、12°、10°、7°、5°、3°、1°、0°。
图4-44 脱扣器结构及衔铁上弹簧的两个挂口位置示意图
图4-45 脱扣器静态吸力特性的计算结果
同样地，通过建立脱扣器的多体动力学模型，根据弹簧参数的初始设计值，然后在一定的范围内变化弹簧原长和刚度系数，通过磁脱扣器动态特性的仿真计算，可以获得符合设计要求的弹簧。
计算结果表明，200A和250A、180A和225A、125A和160A、100A和140A分别可共用同一个规格的弹簧。表4-12给出了200A和250A两个电流等级时脱扣器动作情况的部分仿真结果。按照设计要求，并考虑到容差等裕量，可以得到弹簧参数的优化设计结果为k=0.5N/mm，L0=12.0mm。
表4-12 200A和250A部分仿真结果（短路电流有效值为10*In）
表4-13 给出了4组弹簧的优化设计结果。
表4-13 弹簧参数优化设计结果
将上述仿真计算结果用于新产品设计中，表4-14给出了相应的脱扣器动作电流实验结果。可以看出，实验结果符合产品的设计要求。
表4-14 实验结果
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