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带铁心横磁纵磁触头结构的优化设计

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admin 发表于 2024-12-14 13:26 | 查看全部 阅读模式

文档名:带铁心横磁纵磁触头结构的优化设计
摘要:触头作为真空灭弧室的核心元件,其灭弧能力会直接影响直流开断过程.该文通过有限元仿真软件建立了三种触头模型,计算了高频电流下触头产生的磁场分布.电流峰值时的触头间隙中心可产生约为21mT的纵向磁场,横向磁感应强度约为71mT,纵向磁场分布不均匀.为了进一步提高触头间隙磁场强度以及分布均匀度,在触头模型中增加铁心及改变铁心结构来提升触头产生的磁场强度,基于BP神经网络与智能优化算法联合的方法对触头模型进行优化设计.优化结果显示:当触头的结构参数外触头非径向开槽夹角α为31.8°、外触头内外半径差值Δ为8.3mm、内触头片半径r为15.2mm、外触头杯斜槽高度h为16.1mm、铁心结构开槽宽度d为1.1mm时,触头间隙中心产生了74.99mT的横向磁场;电流峰值时刻的触头间隙中心可产生44.02mT的纵向磁场,不均匀度从优化前的7.44减小到4.67,均匀度得到了较大提升,提高了磁场对真空电弧的调控能力.

Abstract:Asthecorecomponentofvacuuminterrupter,thecontact'sarcextinguishingabilitywilldirectlyaffecttheDCbreakingprocess.Theexistingcontactmodelsusuallyrelyontransversemagneticfieldoraxialmagneticfieldtoregulatethevacuumarcandhelpthevacuumcircuitbreakertobreak.Inthispaper,atypeofcontactwhichcangeneratebothtransversemagneticfieldandaxialmagneticfieldisdesigned.Themaindesignideaofthecontactisthatthevacuumarcgeneratedonthesurfaceofthetransversemagneticcontactrotatesanddiffusesintotheaxialmagneticfieldundertheactionofelectromagneticforce,andthearcchangesfromtheconcentratedstatetothediffusedstateundertheactionoftheaxialmagneticfield.Thevacuumarcinthediffusedstatecangreatlyreducetheablationonthecontactsurfaceandimprovetheservicelifeofthecontact.Firstly,threecontactmodelsareestablishedbyfiniteelementsimulationsoftware,andthemagneticfielddistributiongeneratedbythecontactunderhighfrequencycurrentiscalculated.Atthepeakofcurrent,thecontactgapcentercangenerateanaxialmagneticfieldofabout21mT,thetransversemagneticfieldintensityisabout71mT,andtheaxialmagneticfielddistributionisuneven.Secondly,duetotheincreaseofironcorestructure,theoriginaldivergentmagneticfieldcanbeboundintoacertainspace,andthemagneticfieldintensityinthecontactgapcanbeenhanced.Inthispaper,anironcorestructureisaddedbetweentheinnerandoutercontacts,andtheironcorestructureisslotted.Thesimulationstructureshowsthatafteraddingtheironcore,thetransversemagneticfieldintensityincreasesby1.22mT,themaximumaxialmagneticfieldintensityincreasesfrom21.80mTto26.53mT,themagneticfieldintensityincreasesby4.73mT,theaxialmagneticfielddistributionunevennessdecreasesfrom8.90to7.39,andthemagneticfielddistributionbecomesmoreuniform.Addinggroovingtreatmentintheironcorestructureincreasesthetransversemagneticfieldintensityinthecontactgapby0.25mT,andthemaximumaxialmagneticfieldintensityalsoslightlyincreasesby0.49mT,buttheunevendistributionofaxialmagneticfieldincreasesfrom7.39to7.44,whichisnotconducivetothediffusionofvacuumarc.Finally,inordertofurtherimprovethestrengthanddistributionuniformityofthemagneticfieldinthecontactgap,thispaperproposesajointoptimizationmethodbasedonBPneuralnetworkandmulti-objectiveintelligentoptimizationalgorithmtooptimizethecontactmodel,establishesaBPneuralnetworkmodelwithα,Δ,r,handdasinputsandM,ηandNasoutputs,andoptimizesthecontactmodelthroughmulti-objectiveintelligentoptimizationalgorithm.Theoptimizationresultsshowthatwhenthecontactstructureparametersαis31.8°,Δis8.3mm,ris15.2mm,his16.1mm,anddis1.1mm,atransversemagneticfieldof74.99mTisgeneratedinthecontactgapcenter.Theaxialmagneticfieldof44.02mTcanbegeneratedatthecontactgapcenterofthepeakcurrent,andtheunevennessisreducedfrom7.44beforeoptimizationto4.67,whichgreatlyimprovestheuniformityandimprovestheabilityofmagneticfieldtoregulatevacuumarc.

作者:丁璨   李江   袁召   王周琳 Author:DingCan   LiJiang   YuanZhao   WangZhoulin
作者单位:三峡大学电气与新能源学院宜昌443002;电工材料电气绝缘全国重点实验室(西安交通大学)西安710049三峡大学电气与新能源学院宜昌443002强电磁技术全国重点实验室(华中科技大学)武汉430074
刊名:电工技术学报 ISTICEIPKU
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(11)
分类号:TM561
关键词:真空灭弧室触头  横向磁场  纵向磁场  算法优化  BP神经网络  
Keywords:Vacuuminterruptercontact  transversemagneticfield  axialmagneticfield  algorithmoptimization  BPneuralnetwork  
机标分类号:TM561TL50TM925.12
在线出版日期:2024年6月18日
基金项目:国家自然科学基金带铁心横磁-纵磁触头结构的优化设计[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(11)丁璨  李江  袁召  王周琳触头作为真空灭弧室的核心元件,其灭弧能力会直接影响直流开断过程.该文通过有限元仿真软件建立了三种触头模型,计算了高频电流下触头产生的磁场分布.电流峰值时的触头间隙中心可产生约为21mT的纵向磁场,横向磁感应强...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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