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螺管式电磁机构动态特性调控技术的研究

周志凯  
【摘要】:螺管式电磁机构常用于大功率接触器中,有电弧侵蚀严重、功率体积比大的特点,承担着电磁能转换为机械能的重任,其动态特性决定了接触器的整体性能指标。本文针对螺管式电磁机构动作过程中存在的闭合回跳、分断电弧重燃等问题,建立了电磁机构静态特性和动态特性快速计算模型,完整地提出了该类型电磁机构动态特性优化调控技术,并通过实验验证了优化的正确性。 首先,本文采用空间映射法计算了电磁机构的静态特性。根据螺管式电磁机构轴对称的特点,利用磁路理论建立了电磁机构磁路模型,并使用二分法编程求解磁路方程得到电磁吸力和线圈磁链;通过商用电磁场分析软件FLUX建立了电磁机构的有限元模型,仿真计算电磁吸力和线圈磁链的变化规律;在此基础上,求得映射系数,实现静态特性的快速计算,与有限元方法相比,两者计算结果相差在5%以内。 其次,本文利用数值求解法计算了电磁机构的动态特性。在介绍电磁机构动态特性计算原理的前提下,结合螺管式电磁机构直动性的特征,建立了电磁机构的动力学模型;采用四阶龙格-库塔法求解了该动力学微分方程组,得到了电磁机构的动态特性,并对线圈电流和动触头位移与实测结果进行了比较,其结果的准确性得到了验证。 然后,从电磁机构结构参数和线圈电压调控两方面对动态特性存在的缺陷进行了优化调控。针对电磁机构实验中出现的问题,从动态特性角度分别进行了详细的分析,指出了相应的改进方法;对电磁机构的结构参数提出了具体优化措施,从仿真的角度验证了优化的有效性;在调整结构参数的基础上,对线圈供电电压进行了调控,提出了新的控制策略,降低了电磁机构动触头的闭合速度约60%,抑制了其闭合弹跳现象的发生。 最后,设计了线圈控制电路并对其进行了实验验证。根据线圈电压控制策略,对硬件电路和软件编程进行了设计,调试表明设计的电路达到了预定的目标;对优化后的电磁机构进行了带载接通和分断实验,其接通能力和电寿命有明显提升,结果表明优化调控是有效的,优化方法是可行的。 本研究的原理和方法也可推广到其它类型电磁机构的优化设计中。


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