真空开关技术 邹积岩 陈军平 刘晓明 董恩源 编著 著 专业科技 文轩网

前言章真空开关概论11.1真空开关的基本结构与工作原理11.2真空开关的分类41.3真空开关的发展历史与现状71.4下一代真空开关展望9参考文献17第2章真空开关的工作任务182.1电力系统的短路及断路器关合短路182.2真空开关开断短路电流的物理过程192.2.1真空开关短路开断零区的介质恢复与电压恢复192.2.2暂态恢复电压的表征202.3不同负荷常规电流的合分242.3.1空载长线的合分242.3.2电容器组的投切252.3.3开断小电感电流272.4电力系统的常规应力与频繁操作282.4.1绝缘要求与环境282.4.2受力292.4.3频繁操作与寿命292.5真空开关的型式试验302.5.1绝缘试验302.5.2机械性能试验302.5.3短路试验312.5.4操动机构与辅助回路322.5.5控制系统的电磁兼容试验33参考文献35第3章真空灭弧室技术363.1真空灭弧室的历史、现状与发展363.2真空灭弧室的结构与原理373.2.1真空灭弧室的结构373.2.2真空灭弧室的工作原理393.3电弧控制技术423.3.1真空电弧的形态423.3.2横向磁场触头结构及熄弧原理433.3.3纵向磁场触头结构及熄弧原理433.4焊接与封接技术453.4.1对封接金属的要求453.4.2封接结构463.5触头材料与动密封473.5.1触头材料473.5.2动密封483.6老炼与真空测试493.6.1真空灭弧室的老炼493.6.2真空测试50参考文献51第4章真空开关开断过程的物理描述与仿真524.1真空电弧的基本特性524.1.1真空电弧的伏安特性524.1.2阴极斑点534.1.3真空电弧的形态584.2真空电弧零区现象604.2.1低气压等离子体鞘层发展604.2.2弧后金属蒸气密度衰减规律614.2.3真空电弧的弧后电流634.2.4真空开关的截流现象644.3真空电弧的磁场调控674.3.1触头结构及其磁场分布674.3.2TMF-AMF组合磁场触头图像分析68参考文献69第5章高压真空绝缘705.1真空间隙的静态绝缘705.1.1真空间隙的静态绝缘强度705.1.2影响真空绝缘的设计与工艺因素735.1.3击穿弱点与电极材料745.1.4基于电场数值分析的126kV双断口真空断路器灭弧室内绝缘设计755.2真空灭弧室弧后动态绝缘785.2.1暂态恢复电压795.2.2真空介质强度恢复与TRV795.2.3多断口串联高压真空开关的动态绝缘805.3真空中的固体介质815.3.1真空中固体介质表面闪络机理及其影响因素815.3.2真空开关外绝缘分析82参考文献83第6章真空开关的操动机构及其控制846.1真空开关的运动特性与操动机构参数846.1.1真空开关对操动机构运动特性及机械参数的需求846.1.2操动机构的工作参数876.1.3运动特性与开断能力886.2弹簧操动机构906.2.1弹簧机构的构成906.2.2弹簧机构的工作原理916.3永磁机构与磁力机构926.3.1永磁操动机构的结构原理936.3.2磁力操动机构的结构原理936.3.3永磁与磁力机构的电磁场分析946.3.4永磁机构的有限元分析与设计976.3.5影响永磁与磁力机构出力特性的因素1016.4斥力机构1026.4.1快速斥力机构的工作原理1026.4.2斥力机构特性分析1036.4.3影响斥力机构运动特性的因素1046.4.4三种电磁机构的比较1056.5电磁类操动机构的调控1056.5.1基本控制1056.5.2调速控制107参考文献111第7章直流真空开关1127.1机械式直流真空断路器1137.1.1基本原理1137.1.2拓扑电路分析1157.1.3高压直流真空开关的典型结构1167.1.4高压直流真空开关的参数试验1177.2真空开关的中频开断1197.2.1中频换流参数1197.2.2临界开断参数1207.2.3系统剩余能量的消纳1227.3直流真空开关模块的串联1227.3.1模块结构设计案例1237.3.2多断口直流真空断路器的同步控制1247.3.3同步控制系统及冗余设计1257.4混合式直流断路器中的快速真空隔离开关1277.4.1混合式直流断路器拓扑1277.4.2快速开关的工作条件1297.4.3快速真空开关的运动参数1307.5中低压直流真空开关1357.5.1直流配电断路器1357.5.2轨道牵引与舰船直流真空开关1397.5.3双电源快速切换开关140参考文献144第8章真空开关的智能化1458.1智能真空开关的信号检测系统1458.1.1现场参量及植入传感器1468.1.2电量传感器1468.1.3非电量传感器1498.1.4开关量检测方法1528.2相控真空开关1548.2.1相控开关的基本结构1558.2.2短路故障的相控开断1568.2.3相控真空开关的应用实例1588.3多断口真空开关的同步补偿1608.3.1多断口真空断路器的基本操作控制1608.3.2多断口真空断路器的主动异步开断1628.3.3实施案例1668.4真空开关的电磁兼容与可靠性1678.4.1电磁干扰源1688.4.2电磁干扰的抑制1688.4.3电磁兼容试验1708.4.4智能真空开关的可靠性评价171参考文献176章绪论11.1矿井提升机11.1.1背景11.1.2摩擦式提升机21.1.3缠绕式提升机31.2我国矿井提升机的现状41.3现代设计方法在矿井提升机设计中的应用51.4数值计算方法在矿井提升机设计中的应用6第2章矿井提升机钢丝绳的动力学建模方法92.1基于集中参数离散模型的钢丝绳纵向振动力学方程102.2基于分布参数连续模型的钢丝绳横向振动力学方程112.3基于绝对节点坐标法的钢丝绳动力学模型132.3.1绝对节点坐标方程142.3.2绝对节点坐标方程约束的添加202.3.3基于绝对节点坐标法的钢丝绳多体动力学方程222.4基于相对节点方程的钢丝绳建模方法252.4.1单元的划分252.4.2相对节点方程262.4.3节点弹性力的计算312.4.4钢丝绳接触模型342.4.5系统运动方程求解36第3章钢丝绳动力学建模方法在矿井提升机设计中的应用413.1矿井提升机设计与钢丝绳相关的动力学问题413.2钢丝绳的提升能力413.2.1单绳缠绕式提升机提升方式的极限提升能力413.2.2钢丝绳公称抗拉强度对提升能力的影响423.2.3钢丝绳结构对提升能力的影响433.3与钢丝绳承载性能有关的结构设计实例443.3.1结构设计方案选择的应用实例443.3.2钢丝绳缠绕过程的运动耦合特征的应用实例473.3.3摩擦提升机的动力学特性及影响因素503.3.4超深井多绳摩擦式提升机的极限提升能力543.3.5大尺度强时变柔性提升系统的纵振、横振和扭振特性59第4章矿井提升机振动特性的建模及仿真实例754.1摩擦式提升机的纵向振动754.1.1摩擦式提升机的结构754.1.2摩擦式提升机的纵向振动模型764.1.3摩擦式提升机的纵向振动模型参数分析774.1.4摩擦式提升机的纵向振动方程794.1.5摩擦式提升机纵向振动方程的求解824.2摩擦式提升机的横向振动834.2.1摩擦式提升机的横向振动模型844.2.2摩擦式提升机的横向振动方程844.2.3摩擦式提升机的横向振动能量分析864.2.4摩擦式提升机横向振动方程的求解874.3JKM4.5×6 (Ⅳ)摩擦式提升机的振动特性仿真分析904.3.1JKM4.5×6 (Ⅳ)摩擦式提升机的纵向振动分析914.3.2JKM4.5×6 (Ⅳ)摩擦式提升机的横向振动分析1004.4摩擦式提升机的摩擦传动动力学模型1094.4.1平面梁单元的绝对节点坐标方程1094.4.2平面梁单元的绝对节点坐标方程的修正1144.4.3钢丝绳与摩擦轮的摩擦接触模型1174.4.4摩擦式提升机的摩擦传动动力学方程1204.4.5摩擦式提升机的摩擦传动动力学方程求解1224.4.6JKM4.5×6 (Ⅳ)摩擦式提升机的摩擦传动仿真分析124第5章有限元法和虚拟样机技术1335.1有限元法1335.1.1概述1335.1.2有限元法的思想1345.1.3有限元建模1355.1.4有限元常用软件1375.1.5ANSYS Workbench的介绍1375.1.6ANSYS Workbench的分析步骤1385.2虚拟样机技术1395.2.1虚拟样机1395.2.2虚拟样机技术的理论基础1405.3RecurDyn软件1455.3.1概述1455.3.2RecurDyn V8R1的基本模块1455.3.3建模和仿真的步骤147第6章有限元法在矿井提升机设计中的应用1486.1引言1486.2有限元法在矿井提升机主轴装置设计中的应用1486.2.1矿井提升机的主轴装置1486.2.2主轴装置建模1496.2.3计算结果及分析1516.3有限元法在钢丝绳张力耦合变化特性分析中的应用1576.3.1钢丝绳缠绕模型的建模1576.3.2不同包角下钢丝绳股内各丝张力分布的仿真分析1626.4矿井提升机制动过程的热-结构耦合分析1686.4.1分析内容1686.4.2制动过程中的载荷及边界条件施加1686.4.3紧急制动工况下制动器的热-结构仿真计算与分析1696.5有限元法在钢丝绳-提升容器作业过程力学分析中的应用1746.5.1钢丝绳-提升容器有限元建模1746.5.2钢丝绳-提升容器作业过程的动力学分析1766.6有限元法在缠绕式提升机主轴装置分析中的应用1806.6.1卷筒结构的受力分析1806.6.2主轴结构的受力分析1836.6.3承载结构作业过程中的动态应力分析1856.7有限元法在卷筒部分的结构优化中的应用1876.7.1卷筒的优化设计1896.7.2卷筒支轮的优化设计1906.8有限元法在承载结构疲劳寿命分析中的应用1926.8.1矿井提升机卷筒的疲劳寿命1926.8.2矿井提升机主轴的疲劳寿命1946.8.3矿井提升机天轮的疲劳寿命194第7章虚拟样机技术在矿井提升机设计中的应用1977.1柔性体建模技术1977.1.1基于模态坐标的柔性体建模方法1977.1.2有限元多柔性体建模原理2007.1.3多柔性体技术中柔性体的描述2007.2摩擦式提升机的虚拟样机仿真2057.2.1主轴装置的建模2057.2.2钢丝绳的建模2097.2.3提升容器及配重的建模2097.2.4外部载荷的输入2097.2.5虚拟样机模型2097.2.6数值仿真及结果分析2097.2.7钢丝绳受力不平衡的分析2147.3缠绕式提升机的虚拟样机仿真2167.3.1虚拟样机模型2167.3.2双提升电动机作用下钢丝绳高速缠绕过程的运动耦合特征2247.4矿井提升机虚拟样机建模与紧急制动动力学仿真2277.4.1分析对象2277.4.2矿井提升机模型的简化与建立2277.4.3双卷筒矿井提升机的边界条件施加和虚拟样机建模2287.4.4双卷筒矿井提升机的紧急制动特性仿真2297.4.5满载提升容器的紧急制动2297.4.6满载提升容器在井底附近时的紧急制动232第8章数值仿真技术在矿井提升机分析中的应用2378.1分析目的2378.2疲劳设