中壓真空接觸器電磁機(jī)構(gòu)的動(dòng)靜態(tài)特性分析.pdf

1、真空接觸器是電氣行業(yè)中重要的基礎(chǔ)元件，是電力系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的開(kāi)關(guān)電器之一，主要用于遠(yuǎn)距離頻繁地接通或斷開(kāi)交直流主電路和大容量控制電路。在接觸器工作時(shí)，動(dòng)靜觸頭的彈跳，銜鐵和靜鐵芯之間的碰撞引起的磨損，以及電弧對(duì)觸頭的燒蝕等原因，都極大程度地降低了接觸器的性能和壽命。其中影響真空接觸器性能、機(jī)械壽命和電壽命的重要因素是其電磁機(jī)構(gòu)的優(yōu)劣。真空接觸器電磁機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)合了機(jī)械、電磁、熱學(xué)等多學(xué)科理論，不僅計(jì)算難度大，而且研發(fā)周期長(zhǎng)，開(kāi)模成本高。

2、因此采用計(jì)算機(jī)輔助、有限元分析等技術(shù)對(duì)接觸器電磁機(jī)構(gòu)的動(dòng)靜態(tài)特性進(jìn)行分析與優(yōu)化具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。
　　本文以施耐德電氣（廈門(mén)）開(kāi)關(guān)設(shè)備有限公司某型號(hào)串聯(lián)雙繞組中壓真空接觸器為研究對(duì)象，采用仿真與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)中壓真空接觸器電磁機(jī)構(gòu)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究，并對(duì)接觸器電磁機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使之在滿足產(chǎn)品性能的前提下提高使用壽命。
　　首先，根據(jù)圖紙建立真空接觸器電磁機(jī)構(gòu)的二維有限元模型，分析在二維靜磁場(chǎng)中磁感

3、應(yīng)強(qiáng)度的變化趨勢(shì)，分析結(jié)果表明，隨著工作氣隙的減小，磁感應(yīng)強(qiáng)度增大。再利用SolidWorks軟件建立真空接觸器電磁機(jī)構(gòu)的三維模型，并將三維模型導(dǎo)入ANSOFT Maxwell中進(jìn)行三維靜態(tài)仿真分析，從不同工作氣隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布云圖可知，其變化趨勢(shì)與二維仿真相同，驗(yàn)證了二維仿真結(jié)果的正確性。并根據(jù)接觸器的實(shí)際工作情況，計(jì)算出額定電壓下的靜態(tài)電磁吸力與機(jī)構(gòu)反力，計(jì)算結(jié)果表明當(dāng)激勵(lì)電壓一定時(shí)，電磁吸力隨工作氣隙的減小而增大；工作氣隙一定

4、時(shí)，電磁吸力隨激勵(lì)電壓的增大而增大。且在電壓U=UN和U=85%UN時(shí)，電磁吸力始終大于機(jī)構(gòu)反力，接觸器能可靠吸合。
　　其次，通過(guò)對(duì)磁場(chǎng)方程、電路方程以及機(jī)械方程綜合分析，建立出真空接觸器電磁機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。在靜態(tài)特性分析的基礎(chǔ)上，對(duì)電磁機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真分析，研究不同電壓下的銜鐵吸合過(guò)程中的速度特性、位移特性以及線圈的電流特性。分析結(jié)果可知，隨著激勵(lì)電壓的增大，線圈的啟動(dòng)電流越大、銜鐵閉合時(shí)的速度就越大，閉合時(shí)間越短。

5、
　　再次，運(yùn)用正交試驗(yàn)法，以鐵芯半徑、線圈匝數(shù)、銜鐵高度等作為變量因素，以真空接觸器的銜鐵的吸合速度、吸合時(shí)間為優(yōu)化目標(biāo)，二者的平方和為綜合目標(biāo)，選用正交表L9（34）進(jìn)行正交試驗(yàn)。通過(guò)極差分析法確定影響動(dòng)態(tài)特性的因素的顯著性，得出最優(yōu)組合為A1B3C3D3。對(duì)比真空接觸器優(yōu)化前后的動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果，優(yōu)化后的銜鐵吸合速度減小了2.5%，吸合時(shí)間縮短了0.2%。
　　最后，按優(yōu)化后的尺寸參數(shù)制作樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，真空接