2 永磁真空断路器模型动态特性仿真与分析
    2.1合闸过程动态仿真
    针对永磁真空断路器合闸过程，采用数值计算软件MATLAB求解机械运动方程和电压平衡方程的仿真方法。首先建立MATLAB仿真模型，该模型需包含分别根据电压平衡方程和机械运动方程建立的电压平衡和机械运动2个子模型。电磁力Fx、线圈自感L、动铁芯位移x、电流i间的非线性关系先由有限元软件Maxwell求得。在MATLAB求解时，将得到的Fx（x、i）、L （x、i）二维数表导入查表计算，可大幅提高仿真速度。

     2.1.1电磁力和自感的计算
    Maxwell可实现在静态磁场中通过参数化扫描的有限元分析计算方式，得到电磁力Fx、线圈自感L与动铁芯位移x、、电流i的非线性关系。
    在Maxwell环境中导人SolidWorks建模或直接在Maxwell环境中建模，可得到永磁机构的2D模型，如图3所示。在模型材料特性中输入永久磁铁的矫顽力、铁磁材料非线性化曲线等参数，并加载磁场边界条件，定义位移变量x（0≤X≤铁芯总行程）、电流变量i（0≤i≤线圈最大电流），得到不同x和i条件下，对应的电磁吸力Fx（如图4所示）和线圈自感L（如图5所示）。此时，Fx （x、1）、L（x、i）为离散二维数表，将该二维数表导入MATLAB中，可以使用查表插值方式得到某时刻t，i，、X，所对应的L和Fx 。

    2.1.2 MATLAB仿真模型
    MATLAB仿真模型（如图6所示）由机械运动方程和电压平衡方程2个子模型（如图7、图8所示）组成。将永磁机构动铁芯最大位移24mm设定为仿真过程结束标志。仿真模型建立后，给定初始值—电容电压为Uc、线圈电流为0、动铁芯速度位移为0，即可开始合闸过程的仿真计算。时间步长设为0. lms，仿真速度很快。由于在有限元计算中已经考虑了铁磁材料的非线性，因此计算精度较高。仿真模型从工作区间中调用数据文件，得到t时刻的线圈自感L、电磁力FX，并由此求解出t+ △t时刻新的电流Z、位移x；然后通过查表模块得到动铁芯上新的线圈自感L、电磁力FX，并且将t+ At时刻的线圈自感L、电磁力FX、电流i、位移x等传回仿真模型，以备下一步计算调用。随着仿真的进行，仿真模型反复调用子模型，实现了整个动态过程的计算。仿真得到的线圈电流、电磁力、动铁芯位移和速度曲线如图9所示。

    2.2分闸过程动态仿真
    在分闸过程中，永磁机构线圈电流磁场仅用来抵消永磁体的磁场，永磁真空断路器在触头弹簧和分闸弹簧的作用下完成分闸操作，因此采用多体动力学软件ADAMS仿真方法来仿真分闸过程。
    将Solidworks建立的永磁真空断路器模型导人AD-AMS环境中（如图10所示），并为每个零件设置质量属性，同时根据永磁真空断路器实际运动情况添加约束关系和载荷（载荷见表2）。对模型进行动力学分析时，AD-AMS根据机械系统模型，自动建立机械系统的拉格朗日运动方程及对应的约束方程。  ADAMS通过求解这些方程，可得到模型中触头、绝缘拉杆等部件的位移、速度等。仿真得到的分闸过程中的触头、绝缘拉杆位移、速度曲线如图11所示。

    3 动态仿真与试验结果分析
    为验证仿真结果，对12kV户外永磁真空断路器实际样机进行测试。采用示波器检测合闸过程中的线圈电流；采用SWTIII型机械特性测试仪（带高精度位移传感器）检测合分闸位移并得到速度。由测试结果（见表3）可知，实际样机合分闸特性与仿真结果较为一致，从而验证了仿真结果的正确性。

    4 结束语
    本文结合有限元软件Maxwell和数值分析软件MAT-LAB对永磁真空断路器合闸过程进行仿真，使用多体动力学软件ADAMS对永磁真空断路器分闸过程进行仿真，获得了单稳态永磁真空断路器的动态特性。实际样机测试结果验证了仿真的正确性。运用仿真分析，得到了永磁真空断路器在分合闸过程中的机械特性，可为改进优化产品性能参数提供参考，从而有效提高产品性能和缩短设计周期。
 

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