[发明专利]永磁操作机构断路器运动特性联合仿真模型及其方法

说明书

技术领域

本发明属于电器自动化控制领域，尤其涉及一种永磁操作机构断路器运动特性联合仿真模型及其方法。

背景技术

为了保证断路器的设计的合理性，提高设计质量、性能，降低开发成本，在设计过程中运用联合仿真技术。通过对联合仿真模型的分析可以在产品设计初期评估产品的性能，确定和优化物理样机参数，从而提高产品性能，降低新产品的开发风险，缩短研发周期。永磁操动机构断路器的运动过程是一个比较复杂的动态过程，而动态特性的研究要计算动铁芯及触头的运动速度，确定运动过程中吸力与反力的合理配合，保证动作可靠，提高电气和机械寿命，为性能参数的优化提供科学依据。所以，进行永磁操作机构运动特性的联合仿真模型的研究具有非常重要的意义。

目前国内外对于永磁操动机构断路器的联合仿真模型的研究，主要分为两个部分，一是对永磁操作机构的电磁暂态仿真，二是对断路器本体运动过程的多体力学仿真，并且这两部分的仿真是相互独立的。在电磁暂态仿真时需要手动输入断路器的反力、质量等信息。在断路器力学仿真时需要手动输入电磁吸力等信息。由于断路器动作时是一个连续的过程，各特性参数之间相互影响，因此上述两种分体仿真方式得到的仿真结果并不可靠，所以，采用何种手段更为准确的通过仿真验证反映永磁操作机构断路器的运动特性是一个重要的研究问题。。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种永磁操作机构断路器运动特性联合仿真模型及其方法，本发明根据永磁操作机构断路器开断运动过程中操作机构、传动机构及控制系统各主要参数之间的影响，采用Ansoft Maxwell软件、Adams软件、Matlab Simulink软件和Ansoft Simplorer软件，实现永磁操作机构断路器运动特性的联合仿真计算，以提高联合仿真模型的准确性和可靠性。

为了实现上述目的，本发明是采用下述的技术方案实现的：

永磁操作机构断路器运动特性联合仿真模型，包括以下步骤：

第一，对永磁操作机构的主要零部件通过Ansoft Maxwell软件进行电磁瞬态场仿真建模；

第二，对断路器本体的主要零部件通过Adams软件进行多体力学运动仿真建模；

第三，通过Matlab Simulink软件建立多体力学运动仿真模型与Ansoft Simplorer控制模型之间的数据转换模型；

第四，对断路器控制系统各元件通过Ansoft Simplorer软件进行控制系统仿真建模；

第五，将断路器控制系统仿真模型、电磁瞬态场仿真模型和数据转换模型，通过Ansoft Simplorer软件整合，建立永磁操作机构断路器运动特性联合仿真模型。

所述的Ansoft Maxwell软件进行电磁瞬态场仿真建模，包括磁轭、动铁芯、永磁体和线圈的建模，并对模型中材料属性、线圈匝数和个数、磁场方向、以及网格划分进行了定义；该建模是由非导磁端盖压在导磁环、永磁体和磁轭上；永磁体包着线圈骨架和永磁体；线圈骨架包着线圈；轴套压在主轴和导磁端盖上，导磁端盖压在线圈骨架上，动铁芯在主轴、轴套、导磁端盖、线圈骨架、导磁环和非导磁端盖以内。

所述的电磁瞬态场仿真建模设置允许与Ansoft Simplorer软件进行联合仿真。

所述的Adams软件进行多体力学运动仿真建模，包括静触头、动触头、触头弹簧 、分闸弹簧、驱动杆 、灭弧室、绝缘拉杆、连接板、永磁操作机构的建模，并根据断路器各部件的相互运动关系，对施加约束、作用力、材料性能进行了定义；其中：静触头和动触头设在灭弧室内，灭弧室与静触头相连接；动触头与绝缘拉杆相连接；绝缘拉杆的两端分别连接动触头和连接板；连接板与驱动杆相连接；驱动杆与分闸弹簧和永磁机构相连接。

所述的Matlab Simulink软件建立了多体力学运动仿真模型与Ansoft Simplorer控制模型之间的数据转换模型，包括拉杆位移、驱动杆位移、反力、动触头状态和归算的质量。

所述的Ansoft Simplorer软件进行控制系统仿真建模，包括等效后的电容、电阻和接触器。

所述的Ansoft Simplorer软件建立永磁操作机构断路器运动特性联合仿真模型，包括断路器控制系统仿真模型、电磁瞬态场仿真模型和数据转换模型。

永磁操作机构断路器运动特性联合仿真模型的方法，包括以下步骤：

A、初始化断路器控制系统仿真模型、电磁瞬态场仿真模型和数据转换模型的仿真时间及步长；