低压电器虚拟样机仿真技术
作者：黄世泽，郭其一，屠旭慰
出版时间：2017年版
内容简介
本书详细介绍了低压电器、虚拟样机的概念及发展状况，介绍了低压电器研发所涉及的常用虚拟仿真软件。然后以CPS为研究对象，详细介绍了虚拟样机技术在低压电器中的运用。包括：以多体动力学仿真软件为基础的断路器机构仿真模块；以ANSYS仿真软件为基础的磁场仿真模块，用于触头系统磁场计算和瞬时脱扣器仿真；以流体动力学仿真软件为基础的开关电弧仿真模块；以及低压电器短路分断对自身通信功能的影响机理。在介绍过程中，以解决研发中存在的问题为出发点，以揭示低压电器的工作机理为目标，力求通过详细的过程描述，让读者能够掌握虚拟样机技术的具体运用方法。
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 低压电器 1
1.1.1 低压电器的定义 1
1.1.2 低压电器的分类 1
1.1.3 低压电器的主要特征 2
1.1.4 我国低压电器的发展现状 3
1.2 虚拟样机技术 4
1.2.1 虚拟样机技术简介 4
1.2.2 虚拟样机技术在低压电器中的应用 5
1.3 控制与保护开关电器 6
1.3.1 CPS简介 6
1.3.2 CPS在电控系统中的技术优势 7
1.3.3 CPS的基本结构及工作原理 9
1.3.4 CPS的适用范围 12
1.3.5 CPS的发展趋势 12
第2章 常用仿真软件 14
2.1 三维综合仿真软件ANSYS 14
2.1.1 ANSYS简介 14
2.1.2 ANSYS基本使用方法简介 16
2.2 多体动力学仿真软件ADAMS 25
2.2.1 ADAMS软件概述 25
2.2.2 ADAMS软件基本模块 26
2.2.3 ADAMS软件扩展模块 29
2.2.4 ADAMS软件接口模块 30
2.2.5 ADAMS的动态仿真过程 32
2.3 三维建模软件UG 36
2.3.1 常用三维建模软件UG的介绍 36
2.3.2 UG在低压电器产品设计中的应用 38
2.4 数值计算软件MATLAB 40
2.4.1 数值分析与计算软件MATLAB的介绍 40
2.4.2 MATLAB的主要特点 41
2.4.3 MATLAB的优势 42
第3章 低压电器操作机构动力学仿真分析 44
3.1 低压电器操作机构简介 44
3.2 操作机构的可靠性分析 47
3.3 基于ADAMS的操作机构运动过程的仿真分析 52
3.3.1 ADAMS分析步骤 52
3.3.2 CPS操作机构的ADAMS分析 52
3.4 基于ADAMS的操作机构故障状态的仿真分析 57
3.4.1 操作机构不能正常脱扣的故障分析及优化 59
3.4.2 操作机构手柄故障分析 64
3.4.3 辅助机构报警故障分析 66
第4章 低压电器电磁系统静态特性仿真分析 70
4.1 低压电器电磁系统的设计及分类 70
4.1.1 按特性配合选择电磁系统的结构形式 70
4.1.2 按结构因数选择电磁系统的结构形式 74
4.2 电流型螺管式电磁铁特性分析 75
4.2.1 短路脱扣器的ANSYS电磁仿真方法 75
4.2.2 短路脱扣器电磁静态特性分析 79
4.3 电流型拍合式电磁铁特性分析 80
4.3.1 建立三维有限元模型 80
4.3.2 拍合式电磁铁的静态仿真结果及分析 80
4.4 E形电磁铁特性分析 82
4.4.1 基于ANSYS的三维静态吸力计算 82
4.4.2 静态吸力-反力特性研究 83
4.5 磁通变换器特性分析 86
4.5.1 磁通变换器的结构及工作原理 86
4.5.2 磁通变换器的ANSYS静态电磁特性仿真 87
4.5.3 磁通变换器静态特性仿真结果与分析 94
4.5.4 改变磁通变换器模型设计参数对仿真结果的影响 98
第5章 低压电器触头灭弧系统动态仿真分析 100
5.1 触头灭弧系统电动斥力分析 100
5.1.1 导电桥模型及触头间电动斥力分析 101
5.1.2 导电回路电动斥力分析 103
5.1.3 电动斥力的ANSYS仿真分析 105
5.1.4 短路脱扣器电磁力分析 113
5.2 CPS短路分断过程仿真分析与验证 114
5.2.1 CPS接触组短路分断过程及数学模型 114
5.2.2 模型参数与仿真实现 118
5.2.3 CPS短路分断仿真 120
5.2.4 结果分析与验证 123
5.3 CPS短路分断仿真应用 125
5.3.1 分断电压对CPS短路分断的影响 125
5.3.2 电压合闸相角对CPS短路分断的影响 127
5.3.3 CPS触头系统出厂调试方法及现象分析 130
第6章 低压电器电磁系统动态计算仿真方法研究 135
6.1 磁通变换器的数学模型 135
6.1.1 磁通变换器及其驱动电路介绍 135
6.1.2 磁通变换器动态数学模型 136
6.2 电磁系统动态仿真的实现 137
6.2.1 动态仿真主程序流程图 138
6.2.2 动态特性仿真结果与分析 138
6.3 电磁系统动态仿真的应用 140
6.3.1 改变电阻对动态特性的影响 140
6.3.2 改变电容对动态特性的影响 141
6.3.3 改变电压对动态特性的影响 142
第7章 低压电器集成仿真分析 143
7.1 CPS主体模块内部机构仿真分析与优化设计 143
7.1.1 操作机构动力学仿真分析与优化设计 143
7.1.2 电磁传动机构仿真分析 146
7.1.3 主电路接触组仿真分析 150
7.2 主电路接触组与操作机构集成仿真分析与优化设计 155
7.2.1 主电路接触组与操作机构集成仿真分析 156
7.2.2 主电路接触组与操作机构集成仿真优化设计 167
7.3 接触组与电磁传动机构集成仿真分析与优化设计 170
7.3.1 接触组与电磁传动机构集成仿真分析 171
7.3.2 弹簧刚度系数对开关分断性能的影响 175
7.4 主体三大部件集成仿真分析与优化设计 179
7.4.1 KB0系列CPS主体三大部件集成仿真分析 180
7.4.2 主体三大部件集成仿真优化设计 184
第8章 低压电器短路分断对通信功能影响的仿真研究 186
8.1 低压电器通信网络电磁环境分析 186
8.1.1 通信电路电磁环境分析 186
8.1.2 开关主体电磁环境分析 189
8.1.3 配电系统电磁环境分析 191
8.2 电磁耦合有限元模型的建立 191
8.2.1 实体模型参数 191
8.2.2 实体模型材料设置 191
8.2.3 网格划分 192
8.2.4 边界条件设置 193
8.2.5 激励源设置 194
8.2.6 外电路设置 194
8.3 结果分析与验证 195
8.3.1 电磁场仿真结果分析 195
8.3.2 感应电压电流仿真结果分析 197
8.4 通信电路抗干扰分析 200
8.4.1 通信线布线方向对通信的影响 201
8.4.2 控制器与主回路的距离对通信的影响 203
8.4.3 分断电流对通信的影响 204
参考文献 209
