脱扣器保护特性计算方法

2025-09-29 百科知识版权反馈

【摘要】：表4-1示出了研究对象磁脱扣器动态特性计算的参数，为与实验结果对比。图4-10 脱扣器动作时间实验值与计算值对比表4-2 脱扣器动作时间实验值与计算值对比需要说明的是，式（4-4）为磁脱扣器动特性计算的通用方程，式中的衔铁转动惯量的求取，可利用ANSYS有限元软件来计算，为说明方法，取一平板形衔铁如图4-11所示。

结合静态特性计算得到的数据网格，磁脱扣器的动态特性，即保护特性，可以通过求解下面的方程组得到：

式中 θ——衔铁与铁轭夹角（工作气隙）；

i——激磁电流；

φ——短路合闸相角；

I_m——电流幅值；

J——动铁心转动惯量；

ω——动铁心角速度；

M_m——摩擦力矩；

M——吸力矩；

M_f——反力矩；

k——反力弹簧平均弹性系数；

θ₀——反力弹簧初始拉伸（压缩）角度；

M_r——平均脱扣力矩。

M_f包括两部分：反力弹簧反力和脱扣力，其中脱扣力的作用行程很短，仅在θ₁≤θ≤θ₂时起作用：

θ₂^-θ1<<θ_max-θ₂ （4-7）

图4-7为反力示意图。

用四阶龙格-库塔法求解方程（4-4）时，要解决用数据网格表示的非线性函数M=f（θ，i）与其他方程联立求解的问题，这里采用第2章2.3.3节的二元插值算法，当某一瞬间t，在已知转角θ和电流i条件下求得该瞬间的衔铁转矩，以进行下一步迭代。

图4-7 磁脱扣器反力示意图

磁脱扣器在短路电流作用下的动作过程分为两个阶段，第一阶段为电磁铁触动过程，是从短路电流发生到衔铁开始动作，这一阶段衔铁不会动作，直到吸力矩大于反力矩，而θ=θ_max，计算中仅求解式（4-4）中的第一个方程（电路瞬态方程）；第二阶段为脱扣器衔铁运动过程，从衔铁开始运动到其带动脱扣杆并使机构脱扣为止，这一阶段的计算就是联立（4-4）中的三个方程用四阶龙格-库塔法进行离散求解，过程中所需吸力和磁链值仍由对静态数据网格二次插值得到。衔铁转动过程中的摩擦阻力主要在转轴处，力矩很小，计算中忽略不计。

表4-1示出了研究对象磁脱扣器动态特性计算的参数，为与实验结果对比。

表4-1 磁脱扣器动态特性计算参数

图4-8示出了该电磁脱扣器在1500A短路电流下的动态特性曲线。脱扣器动作时间的测量原理如图4-9所示。

图4-8 1500A短路电流下电磁脱扣器动态特性曲线

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图4-9 脱扣器动作时间测量原理图

短路电流到来后，脱扣器吸力克服反力开始运动，当衔铁打到牵引杆上时，粘在上面的极薄的锡箔相接触，外部测量电路接通，示波器接收到一个电压上升沿信号，记录短路电流起始点到该上升沿信号之间的时间差作为测量值，但此时并未脱扣，衔铁还要转动一段角度才能带动牵引杆脱扣。实验中，测量值小于脱扣时间，衔铁转角为θ_max-θ_t，相应地与实验对比的计算值也取同样的行程（见图4-7），实验值与计算值的对比曲线见图4-10和表4-2。

实验验证表明：计算值相对于试验值的误差不超过9%。