[发明专利]一种基于分段线性动力学方程的接触器动态特性计算方法

说明书

一种基于分段线性动力学方程的接触器动态特性计算方法，属于接触器共性基础研究设计技术领域。本发明根据接触器结构特征，将接触器动作过程进行分段，利用平面碰撞和考虑能量损失的连续碰撞力模型等效碰撞过程，利用基于约束方法的多体系统运动学和动力学方法完成接触器机械系统在外力作用下的碰撞弹跳情况研究，并最终结合耦合计算方法完成考虑碰撞弹跳的接触器动态特性计算。本发明的优点是：能够获取接触器工作过程中的线圈电流、电磁力等电磁参数随时间变化的情况，能够更加准确的反应接触器电磁动态特性，误差控制在5％以内；能够更加真实的反应接触器的衔铁和动触头弹跳情况，误差控制在5％以内。

技术领域

本发明属于接触器共性基础研究设计技术领域，具体涉及一种基于分段线性动力学方程的接触器动态特性计算方法。

背景技术

接触器主要用于正常条件下主电路频繁接通和大容量控制电路的通断变换，其性能优劣关系到整个电路系统工作稳定与否。接触器的动态特性包括电磁动态特性和机械结构动力学特性，是衡量接触器工作可靠性的重要指标。弹跳是开关器件无法避免的一种现象，其引起的动静触头短暂分离，在电弧情况下，极易加重电极侵蚀，恶化触头环境，是影响接触器接触可靠性和电寿命的重要因素。近年来，随着民用和军用电器的发展，国家对大功率接触器的需求量与日俱增，对其性能指标也提出了更高的要求。因此，对接触器动态特性的准确计算是研究其动作性能的关键，也是目前接触器动态特性研究的热点问题。

目前动态特性研究方面存在的问题主要有以下三种：(1)理论建模方面主要针对接触器的电磁机构，耦合简单的运动方程完成；(2)计算过程基于多软件的联合仿真方法，仿真参数采用默认值，其合理性还值得商榷，另外多软件的迭代计算效率较低；(3)对于接触过程碰撞弹跳的处理，多是用理想弹簧-阻尼模型进行模拟，未深入探讨接触效应的影响。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前接触器动态特性建模多学科交叉、多场耦合计算的空缺；多软件联合仿真计算效率低；考虑碰撞弹跳的接触器动态特性准确计算方面的问题，提供一种基于分段线性动力学方程的接触器动态特性计算方法，具体涉及一种基于实际问题进行的力学抽象数学模型计算方法，依据分段线性动力学方程、多刚体的连续碰撞力理论，采用约束的运动学和动力学计算方法，结合电磁有限元模型进行耦合求解，能够使得接触器运动过程可视化，并能反应接触器的弹跳情况，为后续研究和验证接触器相关参数对其弹跳性能带来的影响提供快速、可靠的动态特性计算方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种基于分段线性动力学方程的接触器动态特性计算方法，所述方法具体执行步骤如下：

步骤一：三维制图及虚拟产品装配：利用三维制图软件根据实际尺寸建立接触器的各个组成零件，依据几何关系、技术要求、配合约束进行装配，将各个零件接合成部件和虚拟产品；

步骤二：电磁有限元模型的建立：对接触器的电磁结构部分进行简化，导入FLUX中，然后利用三维瞬态电磁特性求解方法，结合接触器产品的电磁参数：额定电压、线圈电流、线圈电阻、线圈匝数；运动参数：可动部分质量、计算反力；分网控制参数：网格的形状、大小，材料属性参数完成电磁有限元模型建立；所述步骤二的具体操作过程如下：

第一步：电磁结构简化：对接触器的电磁结构进行模型简化，忽略不导磁部分、衔铁和外壳结构的圆角和倒角部分，并在电磁计算软件FLUX中重新生成线、面、体；

第二步：边界条件及求解域的设定：建立电磁结构的无限盒，将求解边界条件设置为无穷大的磁各向异性零点；

第三步：求解域的离散化处理：选择粗糙分网的方法将求解域离散为16000～18000个大小和形状相连的单元，并对其大小和形状进行控制，完成有限元网格的划分；