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第1章 绪论 1

1.1 电器中的物理场 1

1.2 电器的虚拟样机技术 3

1.3 开关电器的试验研究方法 4

参考文献 7

第2章 开关电器的绝缘 8

2.1 绝缘与电场 8

2.2 气体绝缘 10

2.2.1 均匀场和稍不均匀场中的气体击穿 10

2.2.2 稍不均匀场中SF6气体击穿电压计算 23

2.2.3 SF6断路器的空载介质恢复 30

2.2.4 气体中固体绝缘的沿面闪络 31

2.2.5 气体绝缘新技术 33

2.3 真空灭弧室绝缘 35

2.3.1 真空间隙的击穿机理 36

2.3.2 真空灭弧室的老练 41

2.3.3 触头间隙的击穿特性 42

2.3.4 触头与主屏蔽罩间隙 44

2.3.5 端部屏蔽罩与主屏蔽罩间隙 45

2.3.6 面积效应与真空间隙绝缘优化 45

2.3.7 真空中固体绝缘的沿面闪络 47

2.3.8 真空灭弧室外壳的绝缘包封 49

参考文献 51

第3章 开关电器的发热 54

3.1 开关电器的发热与温度场 54

3.2 开关电器的允许温升 55

3.3 开关电器的生热 57

3.3.1 电阻损耗 57

3.3.2 铁磁损耗 57

3.3.3 介质损耗 58

3.4 开关电器中的热传递 58

3.4.1 热传导 58

3.4.2 热对流 59

3.4.3 热辐射 59

3.5 导热问题的数学模型 60

3.5.1 导热微分方程 60

3.5.2 单值性条件 61

3.6 电器的热计算 62

3.6.1 热计算的牛顿公式 62

3.6.2 热计算的数值方法 62

3.7 交流接触器稳态温度场分析 66

3.7.1 接触器的结构 66

3.7.2 热分析模型的建立 66

3.7.3 热参数的计算 67

3.7.4 表面对流换热系数的计算 68

3.7.5 仿真结果与实验验证 69

3.8 真空断路器稳态温度场分析 71

3.8.1 真空断路器的结构 71

3.8.2 真空断路器的温度场模拟 72

3.8.3 真空断路器温度场的影响因素分析 72

3.9 熔断器弧前安-秒特性的仿真与实验 74

3.9.1 熔体弧前过程的数学建模 75

3.9.2 熔体弧前过程的温度场数学模型 75

3.9.3 熔体弧前过程的热电耦合模型 76

3.9.4 熔体相变过程的处理方法 76

3.9.5 基于ANSYS软件的弧前热电耦合分析 77

3.9.6 仿真结果与分析 80

参考文献 82

第4章 开关电器的磁场 86

4.1 典型导体的电动力计算 86

4.1.1 平行导体电动力 86

4.1.2 垂直导体电动力 88

4.1.3 平板对接触头电动力 89

4.1.4 插入式触指电动力 93

4.1.5 三相导体的电动力 94

4.2 真空电弧与磁场 95

4.2.1 真空灭弧室的磁场与开断能力 97

4.2.2 真空电弧触头立体角、阳极斑点和纵向磁场 104

4.2.3 真空灭弧室开断短路电流的纵向磁场判据 120

4.3 开关电器中的电磁铁 128

4.3.1 磁路分析与计算 128

4.3.2 磁场分析与计算 131

4.3.3 电磁系统的吸力 133

4.3.4 电磁系统动态特性的分析计算 136

4.3.5 交流接触器电磁铁静态特性的分析 137

4.4 电磁脱扣器特性分析 143

4.4.1 拍合式电磁脱扣器 144

4.4.2 电磁脱扣器静态特性计算 144

4.4.3 电磁脱扣器保护特性计算 146

4.4.4 电磁脱扣器保护特性分析 147

参考文献 149

第5章 开关电器的运动 151

5.1 开关电器操动机构应满足的要求 151

5.1.1 合闸要求 152

5.1.2 分闸要求 155

5.1.3 自由脱扣、防跳跃、复位和联锁 156

5.2 断路器弹簧操动机构 157

5.2.1 弹簧操动机构与其他操动机构的比较 157

5.2.2 弹簧操动机构设计中的关键问题 158

5.2.3 典型的断路器弹簧操动机构 160

5.3 机构运动特性分析的能量平衡法 166

5.3.1 分析过程 166

5.3.2 归算方法 168

5.3.3 计算示例 170

5.4 弹簧操动机构关键部件设计 174

5.4.1 凸轮机构设计 174

5.4.2 锁扣、脱扣机构设计 193

5.4.3 缓冲器设计 198

5.4.4 储能机构设计 202

5.5 真空断路器弹簧操动机构运动特性分析与优化 204

5.5.1 虚拟样机仿真与分析 204

5.5.2 实现预定的分闸角速度 208

5.5.3 断路器的柔性分析 208

5.6 低压塑壳断路器弹簧操动机构动态特性仿真与优化 210

参考文献 213

第6章 教学实验 216

6.1 仿真实验 216

6.1.1 电场分析 216

6.1.2 温度场分析 218

6.1.3 磁场分析 218

6.1.4 机构运动分析 219

6.2 物理实验 221

6.2.1 断路器开断能力试验 221

6.2.2 纵向磁场对真空电弧的影响 223