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ANSYS 5
1.3.2多体动力学仿真软件ADAMS 9
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