大功率直流接觸器動(dòng)態(tài)特性建模及其優(yōu)化方法研究.pdf

1、直流接觸器作為一種自動(dòng)控制電器，是機(jī)械、電氣行業(yè)的重要基礎(chǔ)元件，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著無可替代的重要作用。大功率直流接觸器的設(shè)計(jì)集合了機(jī)、電、磁、熱等多學(xué)科理論，技術(shù)難度較大。傳統(tǒng)的接觸器設(shè)計(jì)方法以產(chǎn)品為導(dǎo)向，采用反復(fù)試驗(yàn)的方法，開發(fā)和生產(chǎn)周期長(zhǎng)，效率低，成本高；而且產(chǎn)品在性能和電壽命等方面常難以達(dá)到預(yù)期指標(biāo)。而動(dòng)態(tài)特性的優(yōu)劣是影響大功率直流接觸器性能好壞及電壽命、機(jī)械壽命長(zhǎng)短的一個(gè)重要因素。因此，采用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)大功率直流接觸器的動(dòng)態(tài)特

2、性進(jìn)行分析與優(yōu)化具有重要的理論和實(shí)際意義。
　　本文以串聯(lián)雙繞組式大功率直流接觸器為研究對(duì)象，基于虛擬樣機(jī)技術(shù)并結(jié)合該類型接觸器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析其靜態(tài)機(jī)械反力特性，建立雙繞組結(jié)構(gòu)的等效電路模型，開發(fā)直流接觸器動(dòng)態(tài)特性分析虛擬樣機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)而對(duì)接觸器動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期提高其可靠性和電壽命。
　　本文采用多軟件聯(lián)合仿真的方法，建立了大功率直流接觸器的動(dòng)態(tài)特性分析模型。以機(jī)械多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件 ADAMS為運(yùn)動(dòng)模型建立平臺(tái)；

3、采用電磁場(chǎng)分析軟件 FLUX計(jì)算了直流接觸器電磁吸力，作為機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)模型電磁激勵(lì)的來源；采用有限元軟件 ANSYS建立了接觸器中簧片的柔性體模型；最后，采用MATLAB/Simulink實(shí)現(xiàn)了電磁系統(tǒng)方程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程的耦合加載。
　　直流接觸器的動(dòng)態(tài)特性受機(jī)械結(jié)構(gòu)、電磁系統(tǒng)等多方面參數(shù)的影響。利用開發(fā)的直流接觸器虛擬樣機(jī)模型，采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，以接觸器動(dòng)觸頭閉合速度和釋放速度為優(yōu)化目標(biāo)，以連接片弧度、主觸頭壓簧剛度系數(shù)、主

4、觸頭壓簧預(yù)壓力、主反簧剛度系數(shù)、主反簧預(yù)壓力、導(dǎo)磁體直徑、銜鐵質(zhì)量等七個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)為優(yōu)化變量，確定了影響接觸器動(dòng)態(tài)特性的關(guān)鍵因素。在此基礎(chǔ)上，采用均勻設(shè)計(jì)方法，建立了動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)速度與動(dòng)態(tài)特性關(guān)鍵影響因素間的多元線性回歸模型。
　　觸頭速度是接觸器動(dòng)態(tài)特性的直接表現(xiàn)，本文基于傳統(tǒng)的數(shù)值分析模型和有限元方法，建立了接觸器快速、準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)特性求解方法。以動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)速度為優(yōu)化目標(biāo)，采用遺傳算法，對(duì)影響接觸器動(dòng)態(tài)特性的關(guān)鍵因素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。