真空断路器永磁操动机构的优化设计

1、真空断路器永磁操动机构的优化设计摘要：本文将模拟退火法应用于真空断路器永磁操动机构的优化设计，在对35kV真空断路器永磁操动机构进展磁路分析的根底上，建立了数学模型，并对其中的永磁体的主要参数进展了优化计算，改变了原样机永磁体的尺寸，可使样机体积更孝本钱更低。关键词：永磁操动机构优化设计模拟退火算法磁路计算1前言真空断路器因其高可靠性、高稳定性、免维护、寿命长等特点，多年来一直是中压领域的主流产品。操动机构作为断路器的执行元件，其可靠性成为关键。近年来，一种电磁操动、永磁保持、电子控制的操动机构受到广泛关注。这种操动机构由于取消了脱、锁扣装置，而采用永久磁铁进展终端位置的保持，动作元件和零部件

2、数目明显减少，因此可靠性大大进步。由于永磁机构涉及到电路、磁场和机械部分，它的场域比拟复杂，因此用传统的设计方法对永磁操动机构的构造尺寸、材料等参数进展选定往往不能到达最优结果，需要借助于最优化技术和计算机辅助设计方法才能到达产品优化设计的目的。本文对35kV真空断路器永磁操动机构进展了磁路分析，建立了数学模型，应用一种随机类全局优化方法模拟退火法，对永磁操动机构的核心部分永磁体的尺寸进展了优化计算。2永磁机构构造的构造形式和磁路分析图1所示为双稳态、双线圈永磁机构示意图。当断路器处于分闸或合闸位置时，分合闸线圈无电流通过，永久磁铁利用动、静铁心提供的低磁阻抗通道将动铁心保持在分闸(合闸)位置

3、。当有合闸分闸动作指令时，合闸分闸线圈中通过电流，产生了与永久磁铁相反方向的磁通，两磁场叠加产生的磁场力使得动铁心向合闸分闸位置动作，完成关合或断开动作。3永磁操动机构的数学模型和优化方法1、目的函数及设计变量由于真空断路器大部分时间工作在合闸状态，即操动机构长期工作于合闸保持状态，这就要求操动机构可以提供可靠、持久、准确的保持力以克制触头弹簧反力及短路故障电流所造成的冲击力。而永磁操动机构所提供的静态保持力是由永磁体磁通产生的，所以永磁体是永磁操动机构的核心部分，需要对其尺寸进展优化。在永磁体的各项尺寸参数中，永磁体的内弧半径与永磁机构中动铁心的半径有着直接的关系(永磁体内弧半径=动铁心半径

4、+导磁块厚度+永磁体与动铁心之间的气隙长度)，因此适当的减小永磁体的内弧半径的同时可以减小整个永磁机构本体的尺寸，从而到达使样机更加小型化的目的。通过以上的分析，从本钱和尺寸方面考虑，本文以永磁体的体积为目的函数，即3、优化方法模拟退火算法SiulatedAnnealingAlgrith是一种随机类全局优化方法，它来源于热力学中固体物质的退火冷却过程。当某一个系统的温度以足够慢的速度下降时系统近似处于热平衡状态，最后到达系统本身的最低能量状态。式中T控制参数，相当于退火温度。在模拟退火算法的迭代寻优过程中，T必须缓慢减少，正如退火过程中，假如温度变化太快，系统会被冻结为一种亚稳态一样，控制参数

5、变化太快，会使优化陷入部分极值点。模拟退火法具有全局优化的性质在于它不仅具有“下山性，而且具有“上山性，即在迭代过程中可以有条件承受目的函数衰退的设计点，但这种可能性随着控制参数的减小而降为零；同时，模拟退火法在迭代过程中新点的选取由概率决定，新点的取值在统计上满足一定的概率分布，这就使它可以跳出部分最优区域而到达全局最优点。同“贪心类算法(如最速下降法)ethdfSteepestDesent比拟，基于etrplis承受准那么的模拟退火法可以防止搜索过程陷入部分极小，并最终趋于问题的全局最优解。模拟退火法可以处理任何连续或离散型变量，其搜索方式可以根据目的函数的变化自适应调整。从数学上可以证明

6、，对任意目的函数，它总可以得到问题的全局最优点。转贴于论文联盟.ll.4操动机构中永磁体的优化设计应用模拟退火法对真空断路器永磁操动机构中永磁块进展优化设计时，详细算法步骤如下：从表1中的优化结果可以看出，优化以后永磁体体积明显减小，约为原来的92%，从制造本钱角度来讲，降低了永磁操动机构的本钱。由于设计变量(即扇形永磁体的内弧半径)有较大减小，使得永磁机构的动铁心直径也明显减小(动铁心的半径大小与永磁体的内弧半径仅相差一个常数)，从而缩小了整个永磁操动机构本体的尺寸，这对于正在向小型化方向开展的真空断路器具有较实际的意义。5结论1.本文建立了以永磁体体积最小为目的函数的磁路计算数学模型。2.

7、本文应用模拟退火法成功地对配35kV真空断路器永磁机构中永磁体进展了优化设计。3.在满足断路器根本性能根底上，通过优化设计减小了永磁体的尺寸，可使样机更加小型化。参考文献【1】林莘，永磁机构与真空断路器，机械工业出版社，2002年6月【2】Y.Li,J.Y.Xu,X.Lin,S.H.ang,Y.Tang,DesignandAnalysisfPeranentagnetiAtuatrfrVauuiruit/peaker,Pr.fIES2022,JejuIsland,Krea【3】李岩，王胜辉,林莘等，永磁操动机构设计与分析软件，高压电器，2022年第1期【4】宋述忠，裴海鹰等，磁力双稳态操动机构优化设计计算，高压电器，2001年第6期【5】