大功率直流接觸器動態(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控制電器，是機械、電氣行業(yè)的重要基礎(chǔ)元件，在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著無可替代的重要作用。大功率直流接觸器的設(shè)計集合了機、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)計方法以產(chǎn)品為導(dǎo)向，采用反復(fù)試驗的方法，開發(fā)和生產(chǎn)周期長，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到預(yù)期指標。而動態(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、機械壽命長短的一個重要因素。因此，采用虛擬樣機技術(shù)對大功率直流接觸器的動態(tài)特

2、性進行分析與優(yōu)化具有重要的理論和實際意義。
　　本文以串聯(lián)雙繞組式大功率直流接觸器為研究對象，基于虛擬樣機技術(shù)并結(jié)合該類型接觸器的結(jié)構(gòu)特點，分析其靜態(tài)機械反力特性，建立雙繞組結(jié)構(gòu)的等效電路模型，開發(fā)直流接觸器動態(tài)特性分析虛擬樣機系統(tǒng)，進而對接觸器動態(tài)特性進行優(yōu)化設(shè)計，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態(tài)特性分析模型。以機械多體動力學(xué)仿真軟件 ADAMS為運動模型建立平臺；

3、采用電磁場分析軟件 FLUX計算了直流接觸器電磁吸力，作為機械系統(tǒng)運動模型電磁激勵的來源；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實現(xiàn)了電磁系統(tǒng)方程和機械運動方程的耦合加載。
　　直流接觸器的動態(tài)特性受機械結(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模型，采用正交實驗設(shè)計方法，以接觸器動觸頭閉合速度和釋放速度為優(yōu)化目標，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)量等七個結(jié)構(gòu)參數(shù)為優(yōu)化變量，確定了影響接觸器動態(tài)特性的關(guān)鍵因素。在此基礎(chǔ)上，采用均勻設(shè)計方法，建立了動觸頭運動速度與動態(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、準確的動態(tài)特性求解方法。以動觸頭的運動速度為優(yōu)化目標，采用遺傳算法，對影響接觸器動態(tài)特性的關(guān)鍵因素進行優(yōu)化設(shè)計。