9、软件和实验测试介绍

1EE三、实验测试与仿真平台三、实验测试与仿真平台√√3.13.1接通分断试验接通分断试验3.23.2电弧测量技术电弧测量技术3.33.3非电量测试技术非电量测试技术3.43.4仿真软件平台仿真软件平台内容提纲内容提纲2EE3.13.1接通分断试验接通分断试验开关电器的任务是用来接通和分断电路。例如接触器、起动器、刀开关和保护电动机用的低压断路器，运行在所规定的额定工作电压，额定工作电流和使用类别条件下，在接通电路时，触头不发生熔焊、过分的磨损及过大的飞弧；而在分断电路时，触头也不应发生过分的磨损及过大的飞弧。同时接通与分断还应满足一定次数的要求。考核上述能力的试验称为额定接通能力和额定分断能力试验。3EE3.1.13.1.1接通与分断能力接通与分断能力(1)短路接通能力按规定电压、频率和功率因素下，断路器能够按规定电压、频率和功率因素下，断路器能够接通的电流值。交流断路器来说，接通的电流值。交流断路器来说，用用最大预期电最大预期电流峰值流峰值表示。表示。短路接通和分断能力试验，验证低压电器在负载短路接通和分断能力试验，验证低压电器在负载短路情况下的接通和分断能力的试验。短路情况下的接通和分断能力的试验。短路接通与开断能力是断路器的一个重要性能参数。短路接通与开断能力是断路器的一个重要性能参数。4EE（2）额定极限短路分断能力(Icu)：按规定电压、频率和功率因素下，不包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力；试验程序为O—t—CO(3)断路器的额定运行短路分断能力(Ics)试验程序为O—t—CO—t—CO。它比Icu的试验程序多了一次CO。经过试验，断路器能完全分断、熄灭电弧，就认定它的额定运行短路分断能力合格断路器的额定分断能力分为断路器的额定分断能力分为额定极限短路分断额定极限短路分断能力能力((IcuIcu))和和额定运行短路分断能力额定运行短路分断能力((IcsIcs))两种。两种。5EE测试电源3.1.23.1.2试验回路方式试验回路方式高压电缆、冲击变压器6EE(1)交流通断能力试验的电源：一种是取自高压交流电网，通过冲击试验变压器转换为相应的试验电压；另一种是取自试验室自备的交流冲击发电机。另外可以用电容、电感充放电作为模拟实验电源，用于测量分析开断电流过程中的电弧电压和电弧运动情况。TBRS1LS2SPFC7EE126kV/60kA高压合成回路8EE一种是利用交流电位电源经过大容量的硅整流装置变换成直流后供电；另一种是用大功率的直流发电机供电。(2)直流通断能力试验的电源也有两种：9EE2kV/30kA/22.5MW直流断流冲击试验回路10EE三、实验测试与仿真平台三、实验测试与仿真平台3.13.1接通分断开断试验接通分断开断试验√√3.23.2电弧测量技术电弧测量技术3.33.3非电量测试技术非电量测试技术3.43.4仿真软件平台仿真软件平台内容提纲内容提纲11EE3.23.2电弧测量技术电弧测量技术电弧的外特性主要包括电压特性、运动特性。他们对断路器的整个开断过程具有非常重要的影响。通过测试电弧电压、电弧电流以及电弧运动，可以探知断路器设计存在的缺陷，进而采取改进措施。测量测量难点难点时间短，时间短，msms高温，上万高温，上万KK速度快，速度快，几十米几十米/s/s易受干扰易受干扰12EE3.2.13.2.1电弧运动测量电弧运动测量ff方法方法1:1:磁阵列传感器测试系统通过测量出来的磁场信号，推算出电弧位置传感器波形测试原理Arrangementofsensors13EEff方法方法2:2:高速摄影仪高速摄影仪特点：直观、准确特点：直观、准确问题：价格昂贵、需要器壁透明问题：价格昂贵、需要器壁透明适用于：适用于：ACB/MCCB/VCBACB/MCCB/VCB等断路器等断路器PhantomV10PhantomV1014EE电弧动态过程15EEff方法方法3:3:22--DD光纤阵列测试系统光纤阵列测试系统ArcVoltageArcCurrentPressuredifferenceU:50V/divI:1kA/divP:18kPa/divt:2ms/divt2msU:50V/divI:1kA/divP:18kPa/divt:2ms/divt6.6msFixedcontactMovablecontactSplitterplatesContactspringWireRotationaxisPinHoleforpressuremeasurmentHolesforopticalfibers测试装置测试系统实验原理结果16EE1‐触发信号2‐主回路电流3‐转移电流4‐电弧电压转移过程实验波形光纤阵列拍摄的电弧转移过程¾电弧转移测试17EE高压探头高压探头3.2.23.2.2电弧电压、电流测量电弧电压、电流测量(1)(1)电弧电压测量电弧电压测量由于低压断路器的电弧电压超过了220V，甚至超过1kV。因此断路器接线端子两端的信号不能直接加到示波器上，需要通过电压衰减。直接的方法时采用高压探头衰减。18EE(2)(2)电弧电流测量电弧电流测量分流器串进主回路测量噪声大，受环境温度影响大霍尔传感器与主回路隔离需要外加辅助电源罗氏传感器与主回路隔离需要外加辅助电源，大电流下测量偏低19EE三、实验测试与仿真平台三、实验测试与仿真平台3.13.1接通分断开断试验接通分断开断试验3.23.2电弧测量技术电弧测量技术√√3.33.3非电量测试技术非电量测试技术3.43.4仿真软件平台仿真软件平台内容提纲内容提纲20EE3.33.3非电量测量技术非电量测量技术3.3.13.3.1温度测量温度测量(1)红外测温传感装置a）圆形结构b）原理红外测温传感器结构图¡充分考虑了现场恶劣的电磁环境¡考虑大范围的温、湿度变化条件¡考虑到安装及加工上的方便R0D0DRϕ热源屏蔽筒电路板金属外壳热电堆21EE热电堆信号放大电路信号放大V/F变换MCU处理单元红外测温传感器主机屏蔽电缆信号滤波电路信号滤波电路V/F变换屏蔽电缆F0FA红外辐射测温系统结构图22EE现场应用传感器23EE将热电偶通过粘贴或者钻空焊接的方法，固定于测试位置，通过信号调理，获得接触式在线测温传感器。二、研究内容：二、研究内容：技术方案技术方案————专用传感器专用传感器（2）接触式在线测温传感器－热电偶24EE3.3.23.3.2机械运动测量机械运动测量(1)角位移传感器、直线位移传感器，类似于滑线变阻器(2)高速摄影仪25EE三、实验测试与仿真平台三、实验测试与仿真平台3.13.1接通分断开断试验接通分断开断试验3.23.2电弧测量技术电弧测量技术3.33.3非电量测试技术非电量测试技术√√3.43.4仿真软件平台仿真软件平台内容提纲内容提纲26EE开关电器的基本特性包括动稳定、热稳定、通断能力、灭弧能力、绝缘性能及其他电气性能等。正确物理正确物理模型模型仿真技术仿真技术产品设计分析产品设计分析实验修正实验修正3.43.4仿真软件平台仿真软件平台在国内外获得了非常广泛的使用目标：为设计和分析提供指导27EE™热分析、设计和校验™™热分析、设计和校验热分析、设计和校验™机构动作特性分析™™机构动作特性分析机构动作特性分析™电磁暂态过程分析™™电磁暂态过程分析电磁暂态过程分析™开关电弧仿真技术™™开关电弧仿真技术开关电弧仿真技术触头、连接处、母排、线圈等温升计算脱扣系统、触头系统磁场计算等优化分析动触头分合闸速度特性、力特性灭弧室开断电弧过程分析、故障电弧分析具体分具体分析对象析对象28EE物理量多3D网格数多通常为时变问题计算量大3.4.1硬件平台3.4.13.4.1硬件平台西安交大仿真工作站西安交大仿真工作站29EE™Ansys™™AnsysAnsys3.4.23.4.2仿真软件平台仿真软件平台(1)(1)电磁场分析电磁场分析ANSYS有限元分析软件是融结构、流体、电场、磁场、温度场分析于一体的大型通用有限元析软件，由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS公司开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的交换，如Pro/Engineer、AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。ANSYS发展从1971年2.0版到最近最新版12.0问世，已经经历了许多重大发展阶段。30EE电路电路过程过程静电静电场场磁场磁场导电导电体体f应力分析三维有限元剖分的有限元计算通用软件，以麦克斯韦方程组为出发点，可以帮助电器工程师进行电磁场数值仿真计算（例如断路器灭弧系统、触头系统和脱扣器的磁场分析）f静电场分析f瞬态电磁分析f静态电磁分析f谐分析f热分析具有耦合分析功能耦合31EE二维静态磁场分析，分析直流电或者永磁体所产生的磁场。二维谐波磁场分析，分析低频交流电流（AC）或者交流电压所产生的磁场。二维瞬态磁场分析，分析随时间任意变化的电流或外场所产生的磁场，包括永磁体的效应。三维静态磁场分析，分析直流电或者永磁体所产生的磁场。三维谐波磁场分析，分析低频交流电所产生的磁场。三维瞬态磁场分析，分析随时间任意变化的电流或外场所产生的磁场。32EEANSYS的电磁场分析™ANSYS电磁场分析的思想和原理•将处理对象划分成有限个单元；•求解一定边界条件和初始条件下每一节点处的磁势或电势；•进一步求解出其他相关量，如磁通量密度，电磁场储能等。™ANSYS电磁场分析的过程•定义物理环境，几何建模、剖分；•施加边界条件和载荷，进行求解；•进行后处理。33EE2013-04-0233结构分析结构分析热分析热分析AnsysAnsys功能功能磁场分析磁场分析电场分析电场分析ansysansys作为目前最通用的作为目前最通用的FEAFEA软件，以其多物理软件，以其多物理场耦合分析的先进技术和理念在航空航天，建筑，电场耦合分析的先进技术和理念在航空航天，建筑，电气等现代工业的各个领域有着广泛的应用。气等现代工业的各个领域有着广泛的应用。流体分析流体分析耦合场分析耦合场分析34EE2013-04-0234AnsysAnsys电磁场分析简介：电磁场分析简介：静态静态谐波谐波瞬态瞬态ansysansys电电磁分析磁分析标量法标量法solid96solid96矢量法矢量法solid97solid97棱边单元法棱边单元法solid117solid117对于载流导体的处理对于载流导体的处理直接建模进行直接建模进行耦合场分析耦合场分析用用sourc36sourc36单元单元处理电流源单元处理电流源单元35EE分析流程36EE™Ansoft™™AnsoftAnsoftAnsoft是计算电磁技术的有限元软件，并在射频/微波电路仿真、机电系统设计领域保持领导者的地位。其独有的核心技术使Ansoft公司成为全球最大的专业射频/微波、信号完整性/电源完整性、电磁兼容和电磁干扰、电磁场及机电元件与系统仿真软件供应商。fMAXWELL2D：fMAXWELL3D：Maxwell是主要建立在Maxwell方程基础上的有限元分析软件。37EE工业应用中的电磁元件，如传感器，调节器，电动机，变压器，以及其他工业控制系统比以往任何时候都使用得更加广泛。Maxwell2D包括交流/直流磁场、静电场以及瞬态电磁场、温度场分析，参数化分极；以及优化功能。此外，Maxwel2D还可产生高精度的等效电路模型以供Ansoft的SIMPLORER模块和其它电路分析工具调用。MAXWELL2D38EE向导式的用户界面、精度驱动的自适应剖分技术和强大的后处理器时的Maxwell3D成为业界最佳的高性能三维电磁设计软件。可以分析涡流、位移电流、集肤效应和邻近效应具有不可忽视作用的系统，得到电机、母线、变压器、线圈等电磁部件的整体特性。功率损耗、线圈损耗、某一频率下的阻抗（R和L）、力、转矩、电感、储能等参数可以自动计算。同时也可以给出整个相位的磁力线、B和H分布图、能量密度、温度分布等图形结果。MAXWELL3D：39EEMaxwell3D软件有如下7个求解器：1.三位静电场(3DElectrostatic)2.三维静磁场