前言
第１章緒論１
１.１概述１
１.２低壓斷路器的建模仿真技術發展
概況２
第２章低壓斷路器操作機構動態特性的
仿真與優化設計４
２.１低壓塑殼斷路器操作機構的仿真
建模４
２.１.１低壓塑殼斷路器操作機構簡介４
２.１.２操作機構仿真模型的建立４
２.２單斷點塑殼斷路器操作機構的仿真
分析７
２.２.１單斷點塑殼斷路器操作機構動態
特性的仿真７
２.２.２ＡＤＡＭＳ軟件中觸頭參數的測量
方法９
２.３計及電動斥力效應的斷路器分斷過程
仿真分析１２
２.３.１分斷短路電流的實驗研究１２
２.３.２對動觸頭所受電動斥力的分析１３
２.３.３計及電動斥力效應的斷路器分斷
過程仿真分析１６
２.４低壓塑殼斷路器操作機構的優化
設計２１
２.４.１影響斷路器分斷速度的主要
因素２１
２.４.２以關鍵軸的位置作為設計變量的
操作機構優化設計２４
２.５旋轉雙斷點塑殼斷路器操作機構的仿
真與優化設計２６
２.５.１影響斷路器機構運動速度的主要
因素２６
２.５.２旋轉雙斷點塑殼斷路器觸頭卡住
機構的研究分析２８
２.６框架斷路器操作機構的仿真與優化
設計３３
２.６.１框架斷路器的操作機構３３
２.６.２操作機構仿真模型的建立３４
２.６.３ＡＤＡＭＳ軟件中的仿真結果３５
２.６.４操作機構的優化設計３６
２.７ＡＤＡＭＳ軟件的二次開發技術３９
２.７.１用戶界面的開發３９
２.７.２依靠接口程序的二次開發４０
本章參考文獻４２
第３章低壓斷路器操作機構應力分析
與疲勞壽命評估４３
３.１框架斷路器操作機構應力應變的仿真
分析４３
３.１.１動態應力應變的計算方法４３
３.１.２虛擬樣機模型的建立４５
３.１.３剛柔耦合混合動力學模型的
建立４６
３.１.４上連杆應力應變分析４７
３.２框架斷路器操作機構主要構件疲勞
壽命的評估５１
３.２.１低壓斷路器操作機構疲勞壽命
的評估方法５１
３.２.２打擊杆的壽命分析５２
３.２.３軸銷的壽命分析５４
３.３框架斷路器操作機構主要構件結構的
優化設計及試驗５６
３.３.１打擊杆的結構優化５７
３.３.２軸銷的結構優化５９
３.３.３疲勞壽命的試驗６２
本章參考文獻６３
第４章電磁脫扣器保護特性的
計算６４
４.１概述６４
４.２拍合式電磁脫扣器保護特性的仿真與
分析６６
４.２.１脫扣器靜態特性的計算６６
４.２.２脫扣器保護特性的計算６７
４.２.３拍合式磁脫扣器保護特性的
分析７１
４.３螺管式磁脫扣器保護特性的仿真
與分析７２
４.３.１螺管電磁鐵從磁場仿真到等值
磁路的建立７２
４.３.２靜態特性的磁路計算方法７４
４.３.３動態特性的計算７５
４.４高速直流斷路器用磁脫扣器調節特
性的分析７７
４.４.１高速直流斷路器用磁脫扣器的
工作原理７７
４.４.２高速直流斷路器用磁脫扣器的
靜態特性與動態特性７７
４.４.３高速直流斷路器用磁脫扣器的
調節特性分析８０
４.５電磁脫扣器的優化設計８１
４.５.１脫扣器幾何參數的優化設計８１
４.５.２反力彈簧參數的優化設計８４
４.５.３小規格拍合式脫扣器的改進
設計９０
４.５.４電磁脫扣器繫列化設計９２
４.５.５帶永久磁鐵脫扣器抑制電流極性
影響的方法９５
本章參考文獻９８
第５章低壓斷路器熱分析與熱脫扣器
保護特性的計算９９
５.１熱分析法和熱網絡法１０１
５.１.１法計算斷路器的
溫度場１０１
５.１.２熱網絡法１０２
５.２熱源的計算１０３
５.２.１觸頭接觸電阻１０３
５.２.２接線端接觸電阻１０４
５.３導熱繫數和散熱繫數的確定１０５
５.３.１導熱繫數１０５
５.３.２散熱繫數１０５
５.４連接導線的處理１０７
５.５基於三法的斷路器熱
分析１０９
５.５.１小規格斷路器的熱分析１０９
５.５.２大規格斷路器的熱分析１１１
５.６熱脫扣器保護特性的等效熱路計算
方法１１２
５.６.１熱脫扣器等效熱路的建立１１２
５.６.２熱路參數的計算１１３
５.６.３熱脫扣器保護特性的等效熱路的
求解與實驗對比１１５
５.７基於電磁熱流耦法的低壓
配電櫃熱分析１１７
５.７.１電磁熱流耦合的分析方法１１７
５.７.２低壓配電櫃溫升特性的仿真及
實驗研究１２１
５.７.３強迫對流對低壓配電櫃溫升特
性的影響１２３
本章參考文獻１２４
第６章吹弧磁場、電動斥力及氣動
斥力仿真與分析１２６
６.１概述１２６
６.２吹弧磁場的分析１２７
６.２.１計算方法與步驟１２７
６.２.２４種不同結構的觸頭滅弧繫統的
吹弧磁場的分析１２８
６.３電動斥力的分析１３１
６.３.１計算方法與步驟１３１
６.３.２兩種Ｕ形靜觸頭導電回路的電動
斥力與吹弧磁場對比的分析１３３
６.４塑殼斷路器中的電動斥力１３７
６.４.１計算模型１３７
６.４.２計算結果及分析１３９
６.４.３實驗方法及結果分析１４２
６.４.４塑殼斷路器觸頭斥開時間與觸頭
壓力的確定１４３
６.５氣動斥力的研究１４４
６.５.１實驗模型及方法１４５
６.５.２預期短路電流和觸頭間距對氣動
斥力的影響１４８
６.５.３產氣材料對氣動斥力的影響１５１
６.５.４出氣口大小對氣動斥力的
影響１５１
本章參考文獻１５４
第７章短時耐受電流的計算１５５
７.１概述１５５
７.２框架斷路器觸頭繫統電動穩定性的
分析１５６
７.２.１電動穩定性的計算模型１５６
Ⅵ 低壓斷路器的建模仿真技術
７.２.２鄰近效應對電流分布的影響１５９
７.２.３電動斥力的分布１６１
７.２.４考慮電動斥力對導電斑點面積的
影響１６２
７.２.５側偏力矩與滑動力矩１６３
７.３短時耐受電流過程熱穩定性的
分析１６５
７.３.１熱穩定性的計算模型１６５
７.３.２熱穩定性計算結果的空間
分布１６８
７.３.３熱穩定性計算結果的時間
變化１７０
７.３.４短時耐受實驗後觸頭燒蝕斑點
形貌的分析１７１
７.４合閘相角和頻率對電動穩定性的
影響１７３
７.４.１合閘相角對電動穩定性的
影響１７３
７.４.２頻率對電動穩定性的影響１７５
本章參考文獻１７８
第８章低壓斷路器開斷過程的仿真
分析１７９
８.１概述１７９
８.２簡單的尼邁亞電弧數學模型１８２
８.３微型斷路器開斷過程的仿真分析１８３
８.３.１開斷特性的仿真１８３
８.３.２不同開斷條件下的樣機限流特性
的仿真和分析１８６
８.４ＳＭＣＢ開斷過程的仿真方法１８９
８.４.１數學模型１９０
８.４.２計算方法１９１
８.４.３額定電流３５Ａ的ＳＭＣＢ開斷過程
仿真及實驗結果１９２
８.５磁流體動力學電弧數學模型１９８
８.５.１弧柱區物理過程及其控制
方程１９９
８.５.２代表性斷路器電弧模型２０４
８.５.３電弧等離子體的基本物性
參數２０５
８.５.４滅弧室結構參數對空氣介質開關
電弧特性的影響２０９
８.５.５產氣材料和金屬蒸汽對空氣介質
開關電弧特性的影響２１８
８.６基於磁流體動力學電弧模型的低壓斷
路器開斷特性的仿真與分析２２５
８.６.１ＭＣＣＢ的仿真分析２２５
８.６.２ＭＣＢ的仿真分析２２８
本章參考文獻２３０

我國低壓電器行業經過了６０多年的發展，目前已成為全球低壓電器制造國。新能源發電繫統、低壓直流電網等也為低壓電器行業的跨越式發展和自主創新提供了難得的機遇，同時與國際知名低壓電器公司的競爭也日趨激烈。因此，在低壓電器小型化、智能化、高性能、節能環保的發展趨勢下，如何提高企業的核心競爭力，使我國進一步成為低壓電器強國，是低壓電器行業所面臨的重要問題和現實需求。
低壓斷路器的性能在很大程度上反映了一個國家低壓電器的設計與生產水平。我國低壓斷路器行業目前正處於擺脫以仿制為主、“經驗設計＋試驗驗證” 相結合研發模式的關鍵時刻，進一步推廣低壓斷路器的數字化建模和仿真技術對推動整個行業的技術進步至關重要。
本書是西安交通大學低壓電器科研組近１５年來在低壓斷路器的建模仿真技術領域研究工作的繫統總結。通過與國內外低壓電器企業的產學研合作，將建模仿真技術應用於已有產品開斷性能的提升和新繫列產品的研發，並在大量的工程實踐中不斷完善、總結，形成了具有一定特色的技術體繫。
本書第１章緒論，主要介紹了低壓斷路器的建模仿真技術發展概況；第２章和第３章圍繞低壓斷路器操作機構，介紹了操作結構動態特性仿真分析以及疲勞壽命的評估方法；第４章和第５章主要介紹了電磁、熱脫扣器保護特性的計算方法，低壓斷路器及繫統的熱分析技術；第６章、第７章和第８章圍繞低壓斷路器的觸頭滅弧繫統，分別介紹了吹弧磁場、電動斥力和氣動斥力的建模仿真方法，短時耐受電流的計算方法及不同因素的影響，低壓斷路器開斷過程的建模方法以及電弧磁流體動力學仿真的應用。本書在內容上注重理論聯繫工程實際，力求能夠使讀者對電器基礎理論有更深刻的認識，並幫助讀者提高將理論應用於低壓電器產品設計的能力。
本書是在陳德桂教授與作者２００９年合著出版的《低壓斷路器的虛擬樣機技術》基礎上，結合低壓斷路器建模仿真技術的發展趨勢和新近研究成果，以及讀者的反饋，做了較大的刪減和補充，力求更好地為產品設計提供有益參考，更有效地服務於人纔培養。
陳德桂教授長期擔任中國電工技術學會低壓電器專委會主任和榮譽主任、西安交通大學電器教研室主任，在科研方向開拓、人纔培養、成果推廣應用等方面為低壓電器行業的發展做出了突出的貢獻，也對本書做出了歷史性的貢獻。此時此刻，尤為懷念在先生指導下的學習和工作時光，先生慈祥的目光、諄諄的教誨永留心間，激勵著作者在教學科研的道路上砥礪前行。也謹以此書深切緬懷恩師！
本書的內容包括了本科研組畢業的博士孫海濤、張敬菽、向洪剛、戴瑞成、汪倩、屈建宇和碩士黃琳敏、王雲峰、康艷、童爭光、宋浩永、段建家、陳軻娜、胡書通、李欣、吳剛等的部分研究成果，特此表示感謝。
本書的工作是在多項國家自然科學基金項目、人纔計劃支持項目、電力設備電氣絕緣國家重點實驗室自主課題及與國內外低壓電器企業的合作項目等支持下完成的，特此表示感謝。
由於作者水平有限，不妥和錯誤之處在所難免，敬請讀者批評指正。
李興文２０１７年１０月於西安Ⅳ 低壓斷路器的建模仿真技術