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第1章 低压电器的虚拟样机技术1

1.1什么叫虚拟样机技术1

1.2虚拟样机技术在低压电器中的应用3

1.3常用仿真软件5

1.3.1三维综合仿真软件ANSYS5

1.3.2多体动力学仿真软件ADAMS9

参考文献16

第2章 低压断路器机构动态特性的仿真与优化设计18

2.1低压塑壳断路器机构仿真的建模18

2.1.1低压塑壳断路器操作机构简介18

2.1.2操作机构仿真模型的建立20

2.2单断点塑壳断路器操作机构的仿真分析23

2.2.1单断点塑壳断路器操作机构动态特性的仿真23

2.2.2 ADAMS软件中触头参数的测量方法27

2.3计及电动斥力效应的断路器分断过程仿真30

2.3.1分断短路电流的试验研究31

2.3.2对动触头所受电动斥力的分析32

2.3.3计及电动斥力效应的断路器分断过程仿真分析37

2.4低压塑壳断路器机构优化设计43

2.4.1影响断路器分断速度的主要因素43

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47

2.5旋转双断点塑壳断路器机构的动态仿真与优化50

2.5.1影响断路器分断速度的主要因素51

2.5.2分断弹簧的刚度对分断速度的影响51

2.5.3操作机构关键轴位置对分断速度的影响及其优化设计52

2.5.4杆件质量对分断速度的影响53

2.6框架断路器操作机构仿真分析54

2.6.1框架断路器操作机构54

2.6.2操作机构仿真模型的建立56

2.6.3 ADAMS软件中仿真结果58

2.7提高框架断路器触头开断速度的分析与操作机构的优化设计60

2.7.1开断弹簧刚度系数对开断速度的影响60

2.7.2各个轴的位置对开断速度的影响61

2.7.3杆件的质量和质心对开断速度的影响62

2.8 ADAMS软件的二次开发技术63

2.8.1用户界面开发63

2.8.2依靠接口程序的二次开发66

参考文献69

第3章 低压断路器操作机构的应力分析71

3.1 ADAMS软件中柔性体分析的基本原理71

3.2建模与仿真分析过程74

3.2.1建模与仿真的两个部分74

3.2.2在ANSYS程序中生成模态中性文件的步骤79

3.3旋转双断点塑壳断路器机构的应力分析84

3.3.1下连杆的应力分析84

3.3.2上连杆的应力分析86

3.3.3跳扣的应力分析8

3.4框架断路器操作机构构件的应力仿真分析89

3.4.1主轴悬臂的应力分析89

3.4.2连杆1的应力分析92

参考文献93

第4章 电磁脱扣器保护特性计算95

4.1概述95

4.2拍合式电磁脱扣器保护特性的仿真98

4.2.1脱扣器静态特性计算98

4.2.2脱扣器保护特性计算100

4.3拍合式磁脱扣器保护特性分析106

4.3.1保护特性与反力弹簧特性的关系106

4.3.2保护特性与初始工作气隙的关系108

4.4螺管式磁脱扣器保护特性仿真与分析109

4.4.1螺管电磁铁从磁场仿真到等值磁路的建立109

4.4.2静态特性的磁路计算方法111

4.4.3动态特性的计算112

4.5不同结构的拍合式磁脱扣器保护特性分析115

4.6电磁脱扣器的优化设计120

4.7应用多体动力学方法计算磁脱扣器动特性125

参考文献128

第5章 低压断路器热分析与热脱扣器保护特性的计算130

5.1热分析的两种计算方法130

5.2热分析的有限元法和热网络法133

5.2.1用有限元法计算断路器的温度场133

5.2.2热网络法135

5.3热源的计算137

5.3.1触头接触电阻137

5.3.2接线端接触电阻138

5.4导热系数和散热系数的确定140

5.4.1导热系数140

5.4.2散热系数140

5.5连接导线的处理142

5.6基于三维有限元法的塑壳断路器热分析146

5.7热脱扣器保护特性的等效热路计算方法150

5.7.1热脱扣器等效热路的建立150

5.7.2热路参数的计算152

5.7.3断路器等效热路的求解与计算结果的实验对比155

5.8热网络有限差分法的应用157

参考文献158

第6章 低压断路器吹弧磁场与电场的仿真与分析160

6.1概述160

6.2塑壳断路器触头区吹弧磁场的仿真分析162

6.2.1吹弧磁场的分析方法与步骤162

6.2.2四种不同结构的触头灭弧系统的吹弧磁场的分析164

6.3两种U形静触头导电回路的电动斥力与吹弧磁场对比分析169

6.3.1两种U形静触头导电回路169

6.3.2不同静导杆结构的电动斥力比较172

6.3.3不同静导杆结构的吹弧磁场比较175

6.4灭弧系统三维磁场分析的积分方程法177

6.4.1积分方程法的基本原理178

6.4.2断路器模型的磁场分析181

6.4.3积分方程法的实验验证183

6.5断路器中电场仿真与电极形状的优化185

6.5.1低压断路器的介质强度185

6.5.2电场计算的简化方法187

6.5.3塑壳断路器电极形状的优化设计188

6.6开断过程灭弧室中电场的计算与分析190

6.6.1燃弧期间与电流过零瞬间的电场分布190

6.6.2两种电场计算方法190

6.6.3电场计算结果193

参考文献196

第7章 电动斥力与气动斥力分析及其在塑壳断路器中的应用197

7.1概述197

7.2导电桥模型及电动斥力的计算方法198

7.3一对孤立触头间的电动斥力分析200

7.4塑壳断路器中的电动斥力204

7.4.1计算模型204

7.4.2计算结果及分析206

7.4.3实验方法及结果分析209

7.5塑壳断路器触头斥开时间与触头压力的确定211

7.6气动斥力的研究214

7.6.1实验模型及方法216

7.6.2预期短路电流和触头间距对气动斥力的影响221

7.6.3产气材料对气动斥力的影响224

7.6.4出气口大小对气动斥力的影响226

7.7塑壳短路器开断过程中的触头回落现象227

7.7.1电动斥力计算结果228

7.7.2电弧电压定义及电路方程求解228

7.7.3预期短路电流的影响230

7.7.4机构开始动作时间t8的影响231

参考文献233

第8章 短时耐受电流的计算236

8.1概述236

8.2基于恒定场分析的框架断路器触头系统电动斥力计算238

8.3框架断路器两种提高电动稳定性方法的仿真分析244

8.3.1动触头并联支路数对电动斥力的影响244

8.3.2动触头转轴位置对电动斥力的影响246

8.4基于瞬态场分析的框架断路器触头系统电动斥力计算248

8.4.1计算方法与模型248

8.4.2计及涡流条件下，并联支路电流和触头上斥力的分布249

8.5框架断路器热稳定的仿真分析254

8.5.1导电桥半径和接线端接触电阻的计算254

8.5.2触头温升的计算方法255

8.5.3触头的瞬态温升计算258

8.6双断点框架断路器的结构特点及其与单断点断路器电动稳定性的对比260

参考文献265

第9章 灭弧室压强的仿真与分析267

9.1概述267

9.2灭弧室内的守恒方程及其求解268

9.3灭弧室中各种类型边界条件的数学表示272

9.3.1电弧输入边界272

9.3.2等熵出气口边界273

9.3.3产气材料边界275

9.3.4灭弧室外壳的导热边界275

9.3.5栅片的对流换热边界276

9.4不同开断电流下塑壳断路器灭弧室气压计算及其实验验证278

9.5出气口面积以及产气材料对灭弧室气压影响的仿真分析281

9.6断路器灭弧室外壳的应力和应变分析与优化设计283

参考文献286

第10章 电弧动态数学模型与低压断路器开断过程的仿真287

10.1概述287

10.2简单的尼迈亚（Niemeyer）电弧数学模型292

10.3微型断路器开断过程的计算机仿真294

10.3.1开断特性的仿真294

10.3.2不同开断条件下样机限流特性的仿真和分析298

10.4链式电弧动态数学模型302

10.4.1链式电弧动态数学模型的特点302

10.4.2电流元三层物理结构304

10.4.3电流元数学模型控制方程组307

10.4.4链式电弧模型的数值计算方法313

10.5基于链式电弧模型的塑壳断路器开断特性仿真317

10.5.1断路器开断过程多场域耦合计算模型317

10.5.2三相短路情况下开断回路的电路方程320

10.5.3开断过程中电弧的状态与电弧电压的计算322

10.5.4开断特性的仿真结果及分析323

10.6磁流体动力学电弧数学模型330

10.6.1代表性空气开关电弧模型331

10.6.2电弧等离子体的基本物性参数332

10.6.3弧柱区物理过程及其控制方程337

10.6.4灭弧室结构参数对空气介质开关电弧特性的影响340

10.6.5产气材料和金属蒸气对空气介质开关电弧特性的影响349

10.7基于磁流体动力学电弧模型的低压断路器开断特性仿真与分析358

10.7.1研究对象与电弧模型358

10.7.2磁流体动力学模型的求解361

10.7.3低压断路器开断过程的仿真363

10.7.4不同磁场下的电弧运动365

参考文献366