图8-12 SMCB工作原理图正常工作时，由于辅助电流回路限流电阻的存在，负载电流主要通过主电流回路；短路开断过程中，其限流性能主要是通过主动触头的快速打开后电流迅速向辅助回路转移，并依靠限流电阻的作用来实现。而当短路发生在SMCB和下级MCB之间时，主回路和辅助回路的双金属片均可能在短延时后动作，从而使机构解锁并实现短路分断。......
2023-06-15
如何计算SMCB开断过程的电参数？
【摘要】：通过求解上述方程、和，就可以获得SMCB开断过程的电参数，图8-14给出了相应的计算流程图。图8-14 SMCB开断过程的计算方法要获得ti值时需要进行开断过程仿真，首先要计算出磁脱扣器的静态特性，即作用在动铁心上的电磁力与气隙和电流之间的关系数据，然后基于多体动力学软件ADAMS，并进行二次开发，实现电磁-机械过程的耦合仿真，建立开断过程的动力学模型，得到主动、静触头的分离时刻ti和电流I1。
通过求解上述方程（8-17）、（8-18）和（8-19），就可以获得SMCB开断过程的电参数，图8-14给出了相应的计算流程图。
具体计算方法如下：
1）首先确定输入参数，包括实验电源电压有效值、预期短路电流有效值、合闸相角和功率因数，然后根据低压电器国家试验标准规定的预期短路电流有效值与功率因数之间的关系，以及电源电压数值，即可确定L和R。这样应用龙格-库塔法求解方程（8-17），即可得到预期短路电流随时间的变化。
2）上述预期短路电流同时为流过磁脱扣器线圈的电流，随着该电流的增大，其励磁后作用在动铁心上的电磁力也随之增大，当电流达到一定值时，动铁心将克服永久磁铁的反力而开始向静铁心运动，并带动推杆在ti时刻驱使主动、静触头分离而在其间产生电弧。
图8-14 SMCB开断过程的计算方法
要获得ti值时需要进行开断过程仿真，首先要计算出磁脱扣器的静态特性，即作用在动铁心上的电磁力与气隙和电流之间的关系数据，然后基于多体动力学软件ADAMS，并进行二次开发，实现电磁-机械过程的耦合仿真，建立开断过程的动力学模型，得到主动、静触头的分离时刻ti和电流I1。
至此开断过程中的阶段Ⅰ结束。
3）一旦主动、静触头间产生电弧，那么实际的短路电流将与电流转移过程相关，而当iarc为零时开断过程的阶段Ⅱ也随之结束，此时对应的时刻即为te、对应的电流为I2。在求解对应的方程（8-18）时，有以下两点需要特别指出：
①辅助回路等效电感L1的取值问题。对于125A壳架的SMCB典型产品来说，L1的值约为0.003mH，而辅助回路的限流电阻R1的值一般为0.1～0.5Ω，可以明显地看出，与R1相比，L1的作用较小，因此在下面的分析中忽略L1的影响。
②如何描述电弧电压。一般来说，低压断路器的电弧电压可以分为三个阶段，分别对应于电弧停滞、电弧拉长并向栅片中运动以及电弧进入栅片三个过程。针对SMCB的电流转移阶段，由于主动触头是被推杆快速推开，因此电弧停滞时间非常短。根据微型断路器的理论分析和短路开断实验结果来看，在电弧拉长过程中电弧电压基本上是线性增长，而且对于双断点结构来说，电弧电压的上升率一般在80～120V/ms范围内，这主要取决于灭弧室结构和短路电流的大小。当电弧进入栅片后，电弧电压将主要取决于进入栅片的数目，并可近似用Ue×n来表达，其中n为进入栅片的数目，Ue表示近极压降，一般可取20V；也就是说，当电弧进入栅片后，栅片的近极压降将起决定性作用，而使得电弧电压能够保持在一个相对稳定的数值上。按照上述方法，即可确定出电弧电压值随时间的变化。在下面的分析中，由于短路电流较小，电弧在拉长阶段即完成了电流转移过程，因此可用斜率一定的直线来描述电弧电压。
4）当主动、静触头间的电弧熄灭，也即电流转移过程结束后，通过求解方程（8-18）即可获得开断过程中的阶段III对应的短路电流随时间的变化。
在计算出SMCB开断过程中短路电流随时间的变化后，再重新将其带入开断过程的多体动力学模型中，就可以获得开断过程中各机械运动相关参数，如动铁心行程、主动触头角位移等随时间的变化。
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