[发明专利]一种断路器电磁操动机构全自动优化设计方法

说明书

本发明涉及一种断路器电磁操动机构技术领域，具体涉及一种基于Matlab与Maxwell的断路器电磁操动机构全自动优化设计方法。传统的操动机构设计过程中，设计人员设置仿真参数的变化规律较死板，需要不断的手动调整结构参数，还需结合多年的设计经验才能设计出满足断路器要求的操动机构。而本发明能实现断路器电磁操动机构的全自动快速设计和参数寻优，同时可提供多组优化设计方案供设计者选择，保证了断路器电磁操动机构设计的全自动化、快速性及高可靠性。

技术领域

本发明涉及一种断路器电磁操动机构技术领域，具体涉及一种基于Matlab与Maxwell的断路器电磁操动机构全自动优化设计方法。

背景技术

近年来，随着分布式电源和储能装置的大规模接入、电力电子技术的快速发展以及用电负荷的增长，断路器速断能力越来越受到关注。特别是某些特定场合，如大型船舶供电系统、光伏直流微网系统、城市轨道交通供电系统等直流系统得到了长足发展。随着电力系统容量的持续增长和电压等级的不断提高，断路器的短路电流峰值和开断时间的指标也在不断提高。传统的弹簧式机械断路器虽然具有带负载能力强，导通稳定的优点，但是响应速度慢，一般在几十毫秒左右，不能满足电力系统中快速开断动作场合的要求；电力电子开关响应速度快，但其通态损耗过大，耐压能力低。因此，设计满足目前电力系统要求的速动经济环保型断路器是构建未来电力系统并保护其安全稳定运行的关键。

现阶段速断型断路器大多使用电磁机构，机构和驱动回路设计步骤繁杂。首先，需要设计人员先手动计算操动机构参数，然后建立Maxwell仿真模型，通过仿真模型得出电磁机构的出力与运动特性，如果仿真结果不满足设计要求，通过不断修正模型参数，直到仿真结果满足设计要求。现有技术的缺点：1)采用不断手动更改模型参数的方法得出满足要求的设计，灵活性较低，耗时耗力。2)电磁操动机构的可变参数多，导致设计人员实际最终设计的断路器操动机构并非最优设计。3)在Maxwell等基于有限元得电磁分析仿真软件中建立完整的电磁操动机构的电磁仿真分析，计算负担较重，且设置仿真参数的变化规律较死板，设计人员需结合多年的设计经验才能设计出满足断路器要求的操动机构。这样的断路器电磁操动机构设计过程不利于断路器产品的快速成型化、最优化，严重影响了断路器的发展和使用。

发明内容

本发明实施例提供了一种断路器电磁操动机构全自动优化设计方法，能实现断路器操动机构的全自动快速设计和参数寻优，同时可提供多组优化设计方案供设计者选择，保证了断路器操动机构的高可靠性。

技术方案

第一方面，本发明实施例提供了一种断路器电磁操动机构全自动优化设计方法，包括以下步骤：

步骤1：根据设计的断路器的工程要求，选择电磁操动机构方案；

步骤2：根据所述电磁操动机构方案，在Maxwell中新建工程，打开录制脚本功能，定义满足断路器行程的所述电磁操动机构的形状、材料和结构，建立完整的电磁操动机构模型，所述电磁操动机构模型包括电磁保持部分、电磁出力部分和输出轴；

步骤3：为所述电磁操动机构模型的电磁出力部分的线圈添加激励外电路，并设置所述激励外电路中放电电容的容值及充电电压幅值，关闭Maxwell软件，生成所述电磁操动机构模型的脚本文件；

步骤4：打开Matlab软件，调用脚本语言转换程序，将所述电磁操动机构模型的脚本文件转化成m语言的子程序1；

步骤5：运行Matlab编写的主程序，实现自动顺序调用所述子程序1与智能优化算法子程序2，所述Matlab编写的主程序自动打开Maxwell软件，自动调用所述电磁操动机构的形状、材料和结构，自动添加所述激励外电路中放电电容的容值及充电电压幅值，并运行仿真计算功能，得出所述电磁操动机构模型的出力与运动数据，并保存每一次改变所述电磁操动机构的形状、材料和结构参数后的仿真计算结果；