1、 (b The flowchart of optimization algorithm Fig. 3. Total optimal design process of EMFA for HGCB D. 優化設計過程 電磁場分析是使用二維有限元設計模型完成的，最后，動態特性分析是結合 電磁場分析的結果和電與機械的耦合問題使用時差法得到的。 圖 3(a演示了進行動態特性分析的步驟。進行了電氣與機械分析的預處理， 就很容易得到后處理結果(Bi.max , n , Felectric 。 在一個真正的機械設計問題中， 目標函數的計算時間占用了總時間的大部分。 在這項研究中，結合確定性方法（模式搜索法）

2、的自動調節小環境遺傳算法的開 發減少了調用目標函數的數量并用于優化設計【4】 。特別是，該算法比其他的優 化算法具有優先權，原因在于它產生了許多設計候選模型（候選模型） ，即使沒 有先前有關設計目標的信息。圖 3(b展示了整個優化過程。設計變量和條件在圖 3 中的初始化階段設定，概括在表。如果設計變量是由自動調節小生境遺傳算 法給出，使用有限元二維模型分析磁場，從中對目標函數和約束條件進行計算。 同時，使用有限元磁場分析的預處理和后處理的信息，可以進行應力分析。當算 法搜索在 100 次迭代中找到一個峰值(候選模型而結束時，優化過程就完成了。 表 用于 HGCB 的 EMFA 的設計規格 目標

3、函數 息弧區平均速度m/s 設計變量 銅線圈的高度(Hcmm 下插鐵芯的高度(Lcmm 靜鐵芯的厚度(Dmm 可動線圈的外徑(C mm 設計參數要求 操動電流峰值A 電壓降(容電器V 預燃弧時間ms 滅弧平均速度m/s 開斷 關合 <450 <100 <18 >3.2 >2.3 25 55 525 100 200 0.81.6 最大 假設靜鐵芯是疊片結構(1.6mm,其厚度里面是 45mm,外面是 25mm . 動態特性和優化結果 一般來講，優化過程中產生的四個設計候選方案都滿足設計目標。表展示 了四個候選模型的規格，他們都將通過專家的比較調查。盡管由目標函數值來

4、看 并不十分推薦模型 2， 但是考慮到其他特點EMFA 的總體積、 大型永磁體的制 造、厚線圈的繞制、輸入電流的峰值和電壓下降率，還是選擇模型 2 作為優化設 計的結果。研究在最大氣吹力時機構中電流密度(Hc 和 C 和環繞線圈的總磁通 最大并產生最大的操動力和輔助永磁體與內插鐵芯吸引力的組件在獲得強大的 操動器中最重要。輔助永磁體與內插鐵芯的磁吸力加上用來克服氣體高排斥力完 成操動的洛倫茲力是一個非常有用的設計參數。圖 4 描述了與觸頭連接的 EMFA 的位移對接觸質量和氣體排斥力的影響。此外，更高的電容電壓提供給線圈更大 的電流以提高其速度，這個系統是可控的。通過簡單地控制輸入電壓得到的平

5、均 速度和它的特性廣泛地應用于各種電壓等級斷路器的 EMFA。 Fig. 4. Displacement of the moving part connected with contacts by supplying the various capacitor voltages. . 總結 本文介紹了用于 HGCB 的 EMFA 的結合動態特性分析的優化設計過程，并證 明了它能夠完成一個出色的用于 HGCB 的操動器。在設計初級階段，通過動態特 性分析，EMFA 可以用來預測機械穩定性。此外，優化設計結果說明如何考慮設 計，以盡量減少峰值電流和能量衰減。最后介紹了用于 77.2kV/25kA

6、類型的高壓 氣吹斷路器的 EMFA 的優化設計，這個設計是成熟的。 參考文獻 1 Jong-Ho, Kang and Hyun-Kyo, Jung, “Development and Characteristic Analysis of New type Actuator, Electro Magnetic driven Force Actuator applicable to High Voltage Circuit Breaker” The Fifth International Symposium on Linear Drves for Industry Applications, 25

7、-28 September 2005, pp. 383386. Jong-Ho, Kang and Hyun-Kyo, Jung, “Dynamic Behavior Analysis of Permanent Magnetic Actuator in Vacuum Circuit Breaker” The Seventh International Conference on Electrical Machines and Systems, 2004, pp.256259. B.A.R. Mckean and Dr. Reuber, “MAGNETS & VACUUM-THE PERFECT MATCH,” Trends in Distribution Switchgear, 10-12 November 1998, Conference Publication No.459. W. Kim, S. Kwak, J. Lee, D. Choi, H. Jung, K. Seong, and S. Hahn,“