The fast electromagnetic drive mechanism based on fast switch shows extensive applications in many areas,but there is still a lack of unified evaluation parameters as to evaluate the dynamic characteristics due to diversity and complexity of the mechanisms.Three interrelated evaluation parameters are presented for topology analysis,namely the electromagnetic force sensitivity coefficient,the initial time constant and the sensitivity contribution coefficient.The specific parameters based on evaluation can provide a basis for structural performance assessment as well as topology optimization.Comparison between the dynamic parameters of the discoid repulsion mechanism and the solenoid thrust mechanism shows that,the discoid one is superior to the solenoid one.The proposed research is to establish a general methodology for topology analysis and optimization of the electromagnetic mechanisms.
漏磁效应对永磁饱和型故障限流器(permanent-magnet-biased saturation based fault current limiter,PMFCL)的动态特性具有重要影响。针对一种直线式PMFCL的磁拓扑,以铁心磁通的工作零点作为分界阐明了其2个阶段的限流机理,指出铁心磁通自过零反向后将发生畸变,永磁体不再参与限流过程。基于磁场分割原理实现2类等效磁路模型中总漏磁导和漏磁系数的计算,针对拟圆环截面磁通管的漏磁导,提出基于曲线拟合而改变积分变量的求解方法。在Matlab/Simulink环境下建立了考虑漏磁效应的PMFCL仿真模型,分别与小电流和大电流工况的实验结果进行对比,验证了建模方法的有效性。
为获得用于永磁饱和型故障限流器(permanent-magnet-biased saturation based fault current limiter,PM-FCL)的钕铁硼(Nd-Fe-B)N35永磁体的运行稳定性能,从时间、温度和外磁场影响3方面展开了实验研究。以永磁体随时间的退磁率来表征时间稳定性,以可逆损失率和可逆温度系数来表征温度稳定性,并分析了永磁部件的面积厚度比S/L对温度稳定性的影响。进一步,用通电螺线管模拟220kV变电站的工程磁场环境,通过实验考查了PMFCL永磁体的外磁场稳定性。实验表明,钕铁硼永磁体具有较好的时间稳定性和外磁场稳定性,在温度较高时的退磁效应并不明显,并可通过设计面积厚度比S/L较低的限流拓扑予以抵消。所得研究结果为研制面向工程应用的高压大容量PMFCL提供了基础依据。
为适应大容量应用需求,针对一种直线式永磁饱和型故障限流器(permanent-magnet-biased saturation based fault current limiter,PMFCL)磁拓扑结构,基于等效磁路法建立了以饱和深度比、电感比与电感和为基本变量的结构参数设计算法,并通过分析铁心上工作点的变化规律,将PMFCL结构参数优化转化为对3个独立变量的优化,即对铁心i-Be曲线上3个关键点的优化问题,为获得最优结构参数奠定了算法基础。将参数优化算法应用于110 kV系统设计实例,并基于Maxwell-2D软件建立了直线式PMFCL的场–路耦合仿真模型,验证了算法及优化结构参数的有效性。
电力系统发生短路故障时,巨大的短路能量注入到金属氧化物限压器(metal oxide voltage limiter,MOV)上,导致其温度快速升高。为保证MOV的可靠运行,延长其使用寿命,需要尽快散热降温。因此,MOV冷却结构的设计和了解MOV的温度分布非常重要。为此,提出了一种新型MOV冷却结构,并基于传热学的理论建立了MOV三维温度场有限元法计算模型。用有限元计算软件ANSYS系统地计算分析了MOV冷却通道的直径、条数和分布等几何量对于通风道内传热特性的影响。结果表明:这种新型冷却结构的MOV要比传统MOV的散热能力更好,MOV散热能力随冷却通道直径不同而变化,通道直径存在约10 mm的最优值,此时冷却结构散热效果较好,4条冷却通道比2条冷却通道具有更好的散热效果。
