摘要：当今社会,绿色发展已经深入人心,LNG管道运输为工业发展提供了绿色能源,而在LNG管道运输中由于LNG需要一直保持低温状态,所以必须采用真空绝缘管运输,因此需要对其管道进行真空度的测量。本文梳理及总结了近年来真空度测量领域的研究成果及发展现状,简要叙述了真空测量技术及其应用,主要介绍了电容薄膜真空计、热传导真空计、石英真空计和热阴极电离真空计等真空计的发展背景和各自的优缺点。最后根据LNG管道特性及真空测量的要求,指出了适用于LNG管道真空测量的真空计。

摘要：为了满足高压直流断路器对其操动机构快速性和高电压等级的要求,针对126 kV真空断路器设计了一种适用于长行程且具有较高分合闸速度的新型电磁斥力机构,其由双线圈和螺线管式电磁斥力机构串联而成。首先,运用有限元方法进行电磁力仿真模拟,通过对机构的电磁斥力和位移/时间特性分析,初步验证了其可行性。然后,采用单一变量法对其运动特性进行仿真分析,得到了机构间相互配合关系和参数优化设计原则。最后,为降低分闸弹跳,设计电磁式缓冲器,分析了缓冲驱动电路参数和缓冲投入时间对缓冲特性的影响。研究表明:该电磁斥力机构具有刚分速度大,加速时间长,适用于长行程驱动的特性。在分闸电容3500μF、电压1200 V,缓冲电容3500μF、电压1800 V参数群组配合下,所设计电磁斥力机构全行程开断时间较短,仅有5.41 ms。

摘要：为深入研究电磁斥力机构的多物理场耦合及其在产品设计中的影响,采用理论建模和仿真实验的方式,以温度场为媒介对典型电磁斥力机构运动参数进行多物理场耦合建模,统筹分析电场、磁场、温度场、应力场等多物理场的耦合效应。首先,通过实验验证仿真模型的准确性;其次,对比分析顺序耦合与直接耦合之间的差异,归纳出单次动作时多场耦合对电磁斥力机构运动参数的影响;最后,通过多场耦合的仿真研究分析不同环境、不同工况下电磁斥力机构各运动参数的变化情况。仿真结果表明:温度场对单次动作的影响可以忽略;温度场对复杂工况下斥力峰值、速度峰值等机构运动参数的影响超过5%;随着温度升高,机构安全系数降幅可达18%,温度超限对机构的寿命影响较大。该文研究对复杂工况下的机构运动参数及其寿命研究的准确可靠性有重要意义。

摘要：基于电磁斥力机构的快速开关是直流断路器中的关键设备,其操动速度直接决定了直流断路器的动作时间。该文针对电磁斥力机构的参数匹配特性和优化设计方法展开研究。首先,通过将金属盘等效为单匝线圈对电磁斥力机构的仿真模型进行了简化;搭建了40.5 k V快速真空开关样机,基于样机试验验证了仿真模型的有效性。然后,基于简化后的仿真模型,将影响电磁斥力机构操动特性的多个变量凝练为3个与操动特性直接相关的特征参量,得到了电磁斥力机构的参数匹配规律并从解析角度给出了解释。最后,基于参数匹配规律,提出了电磁斥力机构参数设计原则,进而得到了一种快速而有效的电磁斥力机构参数优化设计方法。在满足快速开关设计要求的前提下,该设计方法可实现电磁力峰值最小和操动效率最高的综合优化目标,为快速开关向高电压及快速性方向发展奠定了基础。

摘要：电磁斥力的驱动时间关系到电磁斥力机构的驱动效率及所受冲击应力大小,该文提出优化电磁斥力驱动时间的研究思路,分别建立了线圈—盘式电磁斥力机构的有限元仿真模型及柔性体仿真模型,在输入能量一定的前提下,通过改变电容容量及其充电电压值来调整电磁斥力驱动时间,在此基础上研究其对电磁斥力机构驱动效果、运动过程及结构应力的影响。研究表明:在保证快速机械开关能够有效开断的范围内,充电电容越大,电磁斥力脉宽越大峰值越小,驱动时间越长,电磁斥力机构驱动效率越高,斥力盘内结构应力峰值越小,但缓冲装置所受冲击也越大。针对电磁斥力机构驱动回路参数设计,提出选取分闸电容容量为可有效开断的电容范围中间值的驱动时间优化方案。

摘要：电磁斥力机构以其极高的驱动速度良好满足高压直流断路器对机械开关及其操动装置的快速性要求,同时其巨大的驱动力对传动系统带来强烈的机械冲击。针对上述问题,该文基于ANSYS Workbench平台对斥力机构结构强度问题开展研究。首先,建立耦合电路、磁场和结构力场的斥力机构数值计算模型,仿真结果表明销钉、连杆和斥力盘均存在应力振荡现象,其中斥力盘倒角和销钉是结构强度的薄弱环节;然后,基于仿真模型,发现增大斥力盘厚度、倒角半径、圆台及连杆半径等参数可提高系统刚度和振动频率,降低斥力盘的振动幅值,减小各部件应力振荡周期及峰值;最后,在40.5k V机械开关中开展了结构参数优化前后的运动特性对比试验,优化后的传动系统及斥力盘的振动周期与幅值更小,动作延迟显著降低,验证了结构参数对振动特性的影响规律。所获得的数值计算方法及结构参数影响规律可用于指导机构设计。

摘要：针对基于现有数学模型难以实现电磁斥力机构最优化设计的问题,该文提出斥力盘等效线圈串行连接的假设,并建立了机构等效的电磁耦合双线圈模型,然后根据机构在混合型直流限流断路器中的工程化应用,提出了在电磁斥力作用时间内,由于机构平均速度不大于3 m/s,互感M可记作定值M0,互感随时间变化率dM/dt可近似为常数的假设,在此基础上,推导出等效电阻、电感与脉冲电流、感应电流、电磁斥力等机构参量的数学表达式。以直流400A混合型限流断路器用电磁斥力机构样机为例,试验、仿真与解析的数据对比结果论证了上述假设的合理性以及表达式的正确性,同时电气量的解析误差可控制在5%以内。

摘要：直流电网的发展和直流断路器的应用需求对机械开关及其操动机构提出了新的快速性、可靠性和经济性的要求。为此介绍了新型电磁斥力机构的基本原理,综述了电磁斥力机构的结构形式,总结了国内外对驱动特性开展的数值分析和解析分析工作,研究表明:数值分析能给出经验性优化规律,难以准确描述优化设计方法,解析分析是驱动特性研究的有效方法。电磁斥力机械开关研制工作的关键问题是:驱动效率的提高;适配缓冲和保持技术;传动系统冲击应力分析和结构强度设计方法;长行程应用可行性研究。

摘要：针对包裹斥力线圈的环氧材料在机构多次使用后易失效问题,基于有限元分析和实验验证,对环氧材料的失效原因进行讨论并提出改进措施。通过电磁场和结构力场的耦合求解,获得在线圈电磁力作用下环氧材料的应力分布,解释环氧板弯折与环氧胶开裂的原因;提出采用圆周约束替代四角约束以降低环氧板内的应力,并在斥力线圈上端增加环氧薄板以改变固定约束位置,降低环氧胶内的应力集中位置以解决其开裂问题;最后设计两组工程样机,分别进行环氧板在四角约束下的冲击电流实验和在圆周约束下加装环氧薄板后的耐受实验。仿真与实验结果表明,相比于四角固定形式,环氧材料在圆周约束下的应力降低明显,且在斥力线圈上方加装环氧薄板后可有效降低环氧胶内应力,机构在经过5000次耐受实验后未出现环氧板弯折或环氧胶开裂问题。

摘要：针对样机分闸时最大动能转换效率较低,仅为1.75%的问题,以900 V/1 000 A电磁斥力机构样机为研究对象,结合工程中的约束条件,对样机效率进行提高。将电磁场、结构力场及机械运动耦合求解,建立仿真模型并试验验证了模型的正确性。利用此模型,在电容储能不变的基础上,调整电容参数,发现改变电容参数对效率的提高没有帮助;在限定斥力线圈内外径的基础上,调整线圈参数,发现线径的改变对效率的影响很大,但样机的线圈参数已使效率达到最大,线圈参数已不需更改;进一步,在斥力盘所受应力满足Von Mises屈服准则的基础上,设计了一种"铝-钢"复合式斥力盘,发现复合式斥力盘可以提高效率。调整电容参数和线圈参数不能提高样机效率;复合式斥力盘能使样机最大动能转换效率提高至3.46%,提高了1倍。