长行程快速电磁操动机构的组合模式与机理研究

本申请项目针对长行程快速电磁操动机构的关键科学问题开展研究，重点研究其组合模式与一般机理。基于以最小触动时间为目标的初始位置双层迭代优化方法，以及以最大耦合能量为目标的优化方法，建立快速电磁机构的多模式拓扑组合原理；分析多模式组合情况下电感梯度的影响因素，建立准确的电感梯度数学关系模型；在时间组合模式下，研究建立基于触发时刻和触发回路参数优化的动态数学模型；研究快速电磁机构的非对称双向运动特征，通过优化电源回路参数和反向电磁力触发时刻，建立变电磁动力为阻力的电磁力换向柔性控制方法，以解决碰撞振动问题；通过物理模拟实验修正并完善所建立的组合模式理论。本项目的研究成果，将拓展长行程快速电磁机构的拓扑优化设计理论与创新方法，具有重要的学术意义与应用价值。

长行程快速电磁操动机构在混合式固态开关、综合式故障限流器、电能质量 、电力系统相控开关等诸多技术领域具有广阔的应用前景。这一类机构的基本动作原理是通过预充电的电容器向合闸或分闸线圈放电产生持续几毫秒的脉冲电流，与开关操作连杆固定在一起的可动线圈中受到脉冲电磁推力作用，从而带动连杆运动，实现开关的快速关合或分断。但目前对其研究紧限于应用在短行程的场合。本项目通过对该类机构的拓扑形式、评价方法、优化方法进行研究，完成了以下内容。.提出了三个静态指标以评价动态过程，并对拓扑结构进行了评价，它们是电磁力灵敏度系数、初始时间常数、灵敏度贡献系数三个评价指标；同时利用上述评价指标研究了不同拓扑组合形式的优缺点，得出盘状斥力结构仍然是最好的拓扑形式；研究了利用不同线圈进行时间尺度组合，提出利用分（合）闸线圈对合（分）闸过程进行电磁缓冲的方法，并对最优时刻进行了研究；研究了外部电路的组合对机构性能的影响，得到将可动线圈与固定线圈串联放电可得到最短的运动时间的结论，但该方式下放电电流很大，而并联形式的放电电流较小，但运动时间随之增加。