低压断路器的建模仿真技术（1）绪论

80%以上的发电电量通过低压电器分配使用，中国低压电器行业发展60多年，年产值超过600亿，全球最大低压电器制造国。

低压断路器按使用类别划分为A、B两类：

A类断路器在短路情况下，无明确指明具有选择性保护功能；

B类断路器则明确指明具有选择性保护功能。

按照结构分为三大类：

框架断路器ACB

塑壳断路器MCCB

微型断路器MCB

利用建模与仿真技术将以前的“经验设计+试验验证”设计周期长、经济性不高、难优化变为缩短周期，降低研发成本，提高产品性能，以达到低压断路器小型化、智能化、高性能、节能环保的效果。

中国在低压断路器设备的设计上大多参考国外的结构设计，或小改动，利用建模与仿真技术可以让中国自主创新出更好的产品，摆脱没有创新的现状。

主要解决问题：

1.电弧磁流体动力学建模仿真，分析短路时电弧动态演变过程，电弧与非线性铁磁栅片、产气材料、电极相互作用的影响，分析开端过程的能力。

2.完善操作机构疲劳寿命评估与优化技术。实现了操作机构不同操作条件下的动态特性仿真分析的基础上，基于多物理场耦合仿真技术及多个大型商用仿真软件的协同，通过多个部件的同时“柔性化”，分析各部件在操作机构高速运动过程中的应力应变特性，并可考虑材料、电动力等因素的影响。

3.完善了短时耐受电流能力icw的计算方法。建立描述触头间接触电阻动态变化的模型，可考虑相间对各并联支路电流分布的作用、扭转与侧偏力矩的作用及其对电动稳定性和热动稳定性的影响，阐明了短时耐受电流过程中触头间不稳定电接触状态的演变规律。

4.建立可调磁脱扣器反力弹簧参数的设计方法。基于多物理场耦合仿真技术，根据不同的保护特性要求，考虑弹簧分散性的影响，实现了最有反力弹簧参数的选取，满足了可调磁脱扣器、产品系列化设计的要求。

5.建立了电磁场-温度场-气流场耦合作用下的发热分析方法。与传统的温度场有限元计算方法相比，该方法避免了基于经验、设置部件表面散热系数带来的计算误差和不确定性，可直接采用导体、绝缘件、空气等的物性参数来描述传热过程。

有限元计算方法详细介绍：https://www.jianshu.com/p/27c39f155adb

未来还可研究的工作：

1.低压断路器与系统相互作用的建模方法与仿真技术；

2.低压断路器全寿命周期的建模与先进分析技术；

3.低压断路器弧后电击穿、热击穿过程建模方法与评估技术；

4.更高电压、非工频条件下高性能低压断路器的优化设计技术；

5.混合式直流断路器开断特性的分析方法；

6.交、直流故障电弧的数学模型及其在检测系统中的应用技术；