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