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第1章 绪论1

1.1概述1

1.2低压断路器的建模仿真技术发展概况2

第2章 低压断路器操作机构动态特性的仿真与优化设计4

2.1低压塑壳断路器操作机构的仿真建模4

2.1.1低压塑壳断路器操作机构简介4

2.1.2操作机构仿真模型的建立4

2.2单断点塑壳断路器操作机构的仿真分析7

2.2.1单断点塑壳断路器操作机构动态特性的仿真7

2.2.2 ADAMS软件中触头参数的测量方法9

2.3计及电动斥力效应的断路器分断过程仿真分析12

2.3.1分断短路电流的实验研究12

2.3.2对动触头所受电动斥力的分析13

2.3.3计及电动斥力效应的断路器分断过程仿真分析16

2.4低压塑壳断路器操作机构的优化设计21

2.4.1影响断路器分断速度的主要因素21

2.4.2以关键轴的位置作为设计变量的操作机构优化设计24

2.5旋转双断点塑壳断路器操作机构的仿真与优化设计26

2.5.1影响断路器机构运动速度的主要因素26

2.5.2旋转双断点塑壳断路器触头卡住机构的研究分析28

2.6框架断路器操作机构的仿真与优化设计33

2.6.1框架断路器的操作机构33

2.6.2操作机构仿真模型的建立34

2.6.3 ADAMS软件中的仿真结果35

2.6.4操作机构的优化设计36

2.7 ADAMS软件的二次开发技术39

2.7.1用户界面的开发39

2.7.2依靠接口程序的二次开发40

本章参考文献42

第3章 低压断路器操作机构应力分析与疲劳寿命评估43

3.1框架断路器操作机构应力应变的仿真分析43

3.1.1动态应力应变的计算方法43

3.1.2虚拟样机模型的建立45

3.1.3刚-柔耦合混合动力学模型的建立46

3.1.4上连杆应力应变分析47

3.2框架断路器操作机构主要构件疲劳寿命的评估51

3.2.1低压断路器操作机构疲劳寿命的评估方法51

3.2.2打击杆的寿命分析52

3.2.3轴销的寿命分析54

3.3框架断路器操作机构主要构件结构的优化设计及试验56

3.3.1打击杆的结构优化57

3.3.2轴销的结构优化59

3.3.3疲劳寿命的试验62

本章参考文献63

第4章 电磁脱扣器保护特性的计算64

4.1概述64

4.2拍合式电磁脱扣器保护特性的仿真与分析66

4.2.1脱扣器静态特性的计算66

4.2.2脱扣器保护特性的计算67

4.2.3拍合式磁脱扣器保护特性的分析71

4.3螺管式磁脱扣器保护特性的仿真与分析72

4.3.1螺管电磁铁从磁场仿真到等值磁路的建立72

4.3.2静态特性的磁路计算方法74

4.3.3动态特性的计算75

4.4高速直流断路器用磁脱扣器调节特性的分析77

4.4.1高速直流断路器用磁脱扣器的工作原理77

4.4.2高速直流断路器用磁脱扣器的静态特性与动态特性77

4.4.3高速直流断路器用磁脱扣器的调节特性分析80

4.5电磁脱扣器的优化设计81

4.5.1脱扣器几何参数的优化设计81

4.5.2反力弹簧参数的优化设计84

4.5.3小规格拍合式脱扣器的改进设计90

4.5.4电磁脱扣器系列化设计92

4.5.5带永久磁铁脱扣器抑制电流极性影响的方法95

本章参考文献98

第5章 低压断路器热分析与热脱扣器保护特性的计算99

5.1热分析的有限元法和热网络法101

5.1.1用有限元法计算断路器的温度场101

5.1.2热网络法102

5.2热源的计算103

5.2.1触头接触电阻103

5.2.2接线端接触电阻104

5.3导热系数和散热系数的确定105

5.3.1导热系数105

5.3.2散热系数105

5.4连接导线的处理107

5.5基于三维有限元法的断路器热分析109

5.5.1小规格断路器的热分析109

5.5.2大规格断路器的热分析111

5.6热脱扣器保护特性的等效热路计算方法112

5.6.1热脱扣器等效热路的建立112

5.6.2热路参数的计算113

5.6.3热脱扣器保护特性的等效热路的求解与实验对比115

5.7基于电磁热流耦合有限元法的低压配电柜热分析117

5.7.1电磁热流耦合的分析方法117

5.7.2低压配电柜温升特性的仿真及实验研究121

5.7.3强迫对流对低压配电柜温升特性的影响123

本章参考文献124

第6章 吹弧磁场、电动斥力及气动斥力仿真与分析126

6.1概述126

6.2吹弧磁场的分析127

6.2.1计算方法与步骤127

6.2.2 4种不同结构的触头灭弧系统的吹弧磁场的分析128

6.3电动斥力的分析131

6.3.1计算方法与步骤131

6.3.2两种U形静触头导电回路的电动斥力与吹弧磁场对比的分析133

6.4塑壳断路器中的电动斥力137

6.4.1计算模型137

6.4.2计算结果及分析139

6.4.3实验方法及结果分析142

6.4.4塑壳断路器触头斥开时间与触头压力的确定143

6.5气动斥力的研究144

6.5.1实验模型及方法145

6.5.2预期短路电流和触头间距对气动斥力的影响148

6.5.3产气材料对气动斥力的影响151

6.5.4出气口大小对气动斥力的影响151

本章参考文献154

第7章 短时耐受电流的计算155

7.1概述155

7.2框架断路器触头系统电动稳定性的分析156

7.2.1电动稳定性的计算模型156

7.2.2邻近效应对电流分布的影响159

7.2.3电动斥力的分布161

7.2.4考虑电动斥力对导电斑点面积的影响162

7.2.5侧偏力矩与滑动力矩163

7.3短时耐受电流过程热稳定性的分析165

7.3.1热稳定性的计算模型165

7.3.2热稳定性计算结果的空间分布168

7.3.3热稳定性计算结果的时间变化170

7.3.4短时耐受实验后触头烧蚀斑点形貌的分析171

7.4合闸相角和频率对电动稳定性的影响173

7.4.1合闸相角对电动稳定性的影响173

7.4.2频率对电动稳定性的影响175

本章参考文献178

第8章 低压断路器开断过程的仿真分析179

8.1概述179

8.2简单的尼迈亚电弧数学模型182

8.3微型断路器开断过程的仿真分析183

8.3.1开断特性的仿真183

8.3.2不同开断条件下的样机限流特性的仿真和分析186

8.4 SMCB开断过程的仿真方法189

8.4.1数学模型190

8.4.2计算方法191

8.4.3额定电流35A的SMCB开断过程仿真及实验结果192

8.5磁流体动力学电弧数学模型198

8.5.1弧柱区物理过程及其控制方程199

8.5.2代表性断路器电弧模型204

8.5.3电弧等离子体的基本物性参数205

8.5.4灭弧室结构参数对空气介质开关电弧特性的影响209

8.5.5产气材料和金属蒸汽对空气介质开关电弧特性的影响218

8.6基于磁流体动力学电弧模型的低压断路器开断特性的仿真与分析225

8.6.1 MCCB的仿真分析225

8.6.2 MCB的仿真分析228

本章参考文献230