(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210805063.9 (22)申请日 2022.07.08 (71)申请人 国网湖南省电力有限公司 地址 410004 湖南省长 沙市天心区新韶东 路398号 申请人 国网湖南省电力有限公司娄底供电 分公司　 国家电网有限公司 (72)发明人 杨东文　季良　曾次玲　谷丰强　 曾未伟　叶文浩　夏骏　刘一科　 陈中伟　苏翊　刘艳华　付鹏武　 邹学谦　金玲　伍征　陈聪　 (74)专利代理 机构 长沙永星专利商标事务所 (普通合伙) 43001 专利代理师 周咏　米中业(51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) H01H 33/66(2006.01) H01H 33/666(2006.01) G06F 17/13(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 带永磁机构真空断路器的动态特性仿真方 法 (57)摘要 本发明公开了一种带永磁机构真空断路器 的动态特性仿真方法， 包括确定带永磁机构真空 断路器为研究目标； 基于麦克思维方程构建涡流 磁场方程； 基于励磁电路与永磁机构耦合模型构 建励磁电路方程； 基于 拉格朗日运动方程构建永 磁机构的机械运功方程； 基于构建的方程结合仿 真软件的计算， 实现带永磁机构真空断路器的动 态特性仿真。 本发明提出了一种考虑涡流、 适用 于计算多连杆永磁机构动态特性的方法； 本发明 方法通过对ADAMS与ANSOFT进行联合计算， 将永 磁操作机构的机械运动方程、 电路方程与计及涡 流的瞬态磁场方程进行耦合求解， 不仅实现了带 永磁机构真空断路器的动态特性仿真， 而且可靠 性高、 准确性 好且适用范围广。 权利要求书3页 说明书6页 附图7页 CN 115186549 A 2022.10.14 CN 115186549 A 1.一种带永磁机构真空断路器的动态特性仿真方法， 包括如下步骤： S1.确定带永磁机构真空断路器为研究目标； S2.基于麦克思维方程， 构建涡流磁场方程； S3.基于励磁电路与永磁机构耦合模型， 构建励磁电路方程； S4.基于拉格朗日运动方程， 构建永磁机构的机 械运功方程； S5.基于步骤S2～S4所构 建的方程， 结合仿真软件的计算， 实现带永磁机构真空断路器 的动态特性仿真。 2.根据权利要求1所述的带永磁机构真空断路器的动态特性仿真方法， 其特征在于步 骤S1所述的确定带永磁机构真空断路器为研究目标， 具体为确定10kV 额定电压真空断路器 的四连杆永磁机构为研究目标。 3.根据权利要求2所述的带永磁机构真空断路器的动态特性仿真方法， 其特征在于步 骤S2所述的基于 麦克思维方程， 构建涡流磁场方程， 具体包括如下步骤： 采用如下算式作为麦克思维方程的微分形式： 式中ν 为运动物体的速度； A为磁矢量； Js为电流密度； σ 为传导 率； Hc为永磁体的矫顽力； 定义一个参考框架， 并将该参考框架固定在模型上使得模型的静止部分速度为0； 运动 物体固定在自身坐标系， 相对速度为零； 此时， 偏时间倒数变成磁矢量A的全时间倒数， 麦克 思维方程的微分形式转换为： 从而在每一时间段内， 有限元模型中每一 点的磁矢量都能够获得； 在计算过程中， 将永磁体分为涡流区和非涡流区； 涡流区包括铁心、 轭铁与永磁体； 由 于涡流区内部不含 源电流密度， 因此电磁场方程 为： 非涡流区包括线 圈和空气； 在非涡流区域中不含涡流电流密度， 只有线圈的电流密度， 因此对应的场域方程 为： 式中 μ为磁导 率； 采用如下两个算式作为 边界条件： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115186549 A 2式中n为法向量。 4.根据权利要求3所述的带永磁机构真空断路器的动态特性仿真方法， 其特征在于采 用三维有限元分析 软件ANSOFT计算涡流磁场方程。 5.根据权利要求4所述的带永磁机构真空断路器的动态特性仿真方法， 其特征在于步 骤S3所述的基于励磁电路与永磁机构耦合模型， 构建励磁电路方程， 具体包括如下步骤： 构建励磁电路方程 为： 式中L为电感； uc为电容电压； R为电阻； i 为电流； C为电容。 6.根据权利要求5所述的带永磁机构真空断路器的动态特性仿真方法， 其特征在于采 用ANSOFT自带的S PICE仿真器， 基于励磁电路与永磁机构耦合模型， 构建励磁电路方程。 7.根据权利要求6所述的带永磁机构真空断路器的动态特性仿真方法， 其特征在于步 骤S4所述的基于拉格朗日运动方程， 构建永磁机构的机 械运功方程， 具体包括如下步骤： 构建永磁机构的机 械运功方程 为： 式中K为物体的动能， 且 M为物体质量， u为物体速度； qj为系统中第j个 刚体的位置； ψi为系统的第i个约束 方程； λi为拉格朗日乘法因子； n为约束 方程的个数； Fj为 系统中第j个刚体所受到的力。 8.根据权利要求7所述的带永磁机构真空断路器的动态特性仿真方法， 其特征在于通 过ADAMS软件， 基于拉格朗日运动方程， 构建永磁机构的机 械运功方程并求 解。 9.根据权利要求8所述的带永磁机构真空断路器的动态特性仿真方法， 其特征在于步 骤S5所述的基于步骤S2～S4所构建 的方程， 结合仿真软件的计算， 实现带永磁机构真空断 路器的动态特性仿真， 具体包括如下步骤： 计算过程中， ADAMS软件接收t时刻的动铁心速度ν， 然后将速度值和下一个时刻的时间值发送到 ANSOFT软件； ANSOFT软件根据接收到的数据和自身的数据， 计算涡流电磁场： 计算过程中， 首先计算 当前时间步的线圈电感值， 然后调用A NSOFT自带的SPICE仿真器计算得到线圈电流值， 再结 合动铁心速度 ν 计算出当前时间段内的磁感应强度B、 磁场强度H和涡流损耗变换情况； 计算完毕后， ANSOFT软件将得到的动铁心所受的吸力值发回给ADAMS软件； ADAMS软件根据接收到的吸力值， 与机械运动方程进行联合求解； 同时， 输出模型各部 分的动力学物理量的值；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115186549 A 3