基于电磁力驱动的新型直流断路器的电磁力学仿真研究

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目前，蓄电池电源由于其放电电压稳定、可持续时间长等特点，被广泛应用于新能源发电储能、科学研究等场合。而蓄电池电源系统在放电过程中发生电路故障时，需要直流断路器及时关断故障电流。因此，大电流快速直流断路器的研究成为亟待解决的问题。本文提出了一种新型直流断路器，并对其核心部分进行设计仿真分析。该新型直流断路器采用电磁力作为驱动，使其中的载流导体断裂来切断电流，因此该断路器具有容量大、关断速度快、可靠性高等特点。首先，本文对新型直流断路器的关断原理进行详细分析，并阐述其关断的动作过程。该断路器在关断过程中涉及电磁场模块、结构力学模块、电路模块多个物理场模块，本文分别对各个模块进行有限元理论分析计算，为仿真模型的建立奠定基础。接着，本文利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件对新型直流断路器的关断过程进行仿真研究。在理论分析的基础上，建立二维轴对称仿真模型，利用顺序耦合的方式将各模块进行耦合计算，得出线圈电流、磁场强度以及载流导体受到的电磁力，进行比较分析后确定直流断路器的最佳参数设计。在该参数设计下，对铝筒受到的径向电磁力进行计算，将其受到的应力与载流导体的断裂强度进行比较，以验证该断路器设计的可行性。同时，对该断路器的灭弧部分进行初步分析。最后，在仿真研究的基础上，对断路器进行实验研究和结果分析。对铝筒退火处理和不退火处理分别进行了实验，实验证明退火处理后的铝筒更容易断裂。初步的实验结果证实断路器可以可靠工作，且其关断总距离达30mm，满足蓄电池系统对直流断路器的需求。

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作者
孙晓璇;
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作者单位

华中科技大学;

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授予单位华中科技大学;
学科电气工程
授予学位硕士
导师姓名丁同海;
年度 2018
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类
关键词
电磁力驱动; 新型直流断路器; 磁力学;

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