[发明专利]一种基于虚拟样机技术的断路器动作特性分析方法

说明书

技术领域

本发明属于断路器领域，具体涉及一种基于虚拟样机技术的断路器动作特性分析方法。

背景技术

低压断路器(以下简称断路器)又称自动开关，被广泛应用于电路的失压、欠压、过载、漏电和短路保护，它是电力系统重要的控制和保护设备，是最常用的工业电器之一。断路器常见的种类有塑壳式断路器、框架式断路器、限流式断路器、漏电保护式断路器、直流快速断路器等，其结构一般包括触点系统、操作机构、灭弧室、脱扣器及附件等。

断路器的动作特性是断路器的重要性能指标之一，直接影响断路器的分断能力、操作性能、稳定性和安全寿命。断路器的动作特性既与操作机构的类型、参数、连接方式和杆件加工精度等因素相关，也与电工材料的力学特性有关，是进行断路器设计的基础。

断路器的动作特性包括运动、力学、机械等诸多方面的因素，由于受测量方法和手段的制约，目前，断路器动作特性仅考虑合闸、分闸速度和合闸、分闸时间两个方面，其测量方法主要包括两大类：电子断路器动作特性测量方法和摄像断路器动作特性测量方法。

1、电子断路器动作特性测量方法

该方法的时间测量是利用数字处理器的内部定时器通过分析从断路器开闸、合闸过程中传来的脉冲信号，从而计算出开闸、合闸时间；速度测量则通过在被测量部件上安装位移或速度传感器由软件来完成数据处理和计算，从而得到某点的速度。

由于断路器内部结构复杂，操作机构各组件尺寸较小，许多运动部件无法安装各种速度或位移传感器。因此，在实际运行过程中，该方法主要用来测量断路器的合闸、分闸速度和合闸、分闸时间，其他动作特性参数没有测量。

2、摄像断路器动作特性测量方法

该方法先对断路器运动部件进行标点，再利用高速摄像机对运动过程进行拍摄得到运动影像并将运动影像输入到计算机内，通过计算机对运动影像的处理，得到标点的运动指标，根据得到的运动指标分析出断路器的动作特性参数。

由于断路器内部结构复杂，各杆件之间相互遮挡，在实际测量过程中，许多操作机构的运动部件无法进行摄像，测量范围受到了限制。另外，利用摄像的方法，一般用于动作特性中运动参数的测量，例如，轨迹指标、位移、速度、加速度，不能直接测量力学参数，如合闸力、弹簧力等。

目前，断路器操作机构的设计仅以满足合闸、分闸速度和合闸、分闸时间为件，没有考虑动作特性中的其他因素，设计效果不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于虚拟样机技术的断路器动作特性分析方法，该方法可以对断路器的多个动作特性进行全面分析，从而指导断路器操作机构的设计。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种基于虚拟样机技术的断路器动作特性分析方法，包括以下步骤：

(1)建立评价断路器动作特性的速度指标体系、位移指标体系和力指标体系；

所述速度指标体系包括用于描述分断速度变化过程的第一速度指标、用于描述动触头角速度变化过程的第二速度指标、用于描述分断速度与动静触头分开角度的关系的第三速度指标和用于描述分断速度与开距的关系的第四速度指标；

所述位移指标体系包括用于描述拉簧转动角度变化过程的第一位移指标、用于描述动静触头开距变化过程的第二位移指标、用于描述动触头超行程变化过程的第三位移指标和用于描述动触头转动角度变化过程的第四位移指标；

所述力指标体系包括用于描述终压力变化过程的第一力指标和用于描述拉簧作用力变化过程的第二力指标；

(2)确定速度指标体系、位移指标体系和力指标体系中各指标的特征值；

第一速度指标的特征值为最大分断速度；第二速度指标的特征值为最大角速度；第三速度指标的特征值为不同分开角度下分断速度的平均值；第四速度指标的特征值为开距最大时的分断速度；

第一位移指标的特征值为拉簧转动角度的变化范围；第二位移指标的特征值为开距的最大值；第三位移指标的特征值为超行程的最大值；第四位移指标的特征值为动触头转动角度的变化范围；

第一力指标的特征值为最大终压力；第二力指标的特征值为最大拉簧作用力；

(3)采用多体系统动力学理论建立断路器的模型，并应用断路器的模型对断路器工作过程进行运动学和动力学仿真，得出速度指标体系、位移指标体系和力指标体系中各指标的特征值的仿真值；

将每个特征值的仿真值x_i保存在一个矩阵中，该矩阵为：

X＝(x_i)_10×1，i＝1，...，10；