[發明專利]智能交直流電磁電器設計方法

有效

• 申請號: 201510063102.2
• 申請日: 2015-02-06
• 公開（公告）號: CN104636554B
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 許志紅;林文貴
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 薛金才

技術領域

本發明涉及一種智能交直流電磁電器設計方法。

背景技術

隨著智能電網的飛速發展，電磁電器的智能化進程得到了廣泛的重視，傳統電器的設計方法和設計理念遠遠無法滿足智能電磁電器產品的設計需求。智能電器由電磁機構、觸頭系統、聯動機構、智能控制模塊等幾個組成部分，智能控制模塊中，又包含著控制芯片、硬件電路和軟件控制策略部分，因此，單純的設計電磁電器的本體結構，無法達到整體優化的設計目標。磁場的分布性、磁路的非線性、分磁環、磁滯渦流及氣隙磁導的存在增加了電磁電器動態過程的復雜性。傳統設計方法以經驗設計與樣機試驗為主，開發周期長，很難滿足市場需求。隨著計算機技術的發展，虛擬仿真技術與動態優化設計技術為電磁電器的虛擬設計注入新的活力。文獻[1]建立了系列交流接觸器磁路計算與優化設計系統，能夠改變結構尺寸，分析接觸器動態特性，為產品設計和開發提供依據；文獻[2]先進行三維磁場仿真，再根據磁感應強度的分布建立永磁繼電器等效磁路模型，提高吸力特性計算精度；文獻[3]耦合電磁場方程、機械運動方程、電路方程，開發了接觸器數字化綜合設計軟件，實現接觸器動態特性的仿真計算；文獻[4]采用虛擬樣機技術建立接觸器電磁系統模型、機械系統模型、機電耦合模型，在單位仿真步長中，通過控制軟件Matlab/Simulink將電磁吸力傳遞給動力學分析軟件Adams，同時將Adams求得的動力學參量反饋給Matlab/Simulink，為虛擬樣機設計提供了方便快捷的手段；文獻[5]將高頻閉環斬波技術、數字控制技術引入接觸器動態全過程控制，大大減小鐵心和觸頭的碰撞能量；文獻[6-8]將蟻群算法、人工神經網絡、粒子群算法等人工智能算法融入電器的全過程動態優化設計與智能控制中，優化電磁系統結構，預測動態過程關鍵參量，尋求閉合和分斷過程最優控制參數，提高電磁電器的整體性能。

如上所述，廣大學者從不同學科領域的仿真技術來研究和開發電器，從而能夠更全面的了解電器的工作狀態。電器的設計涵蓋電氣、機械、控制、通信等多個領域，涉及的理論主要有電接觸理論、電弧理論、發熱、電動力理論、電磁結構理論。近年來，隨著智能電網的提出，智能電器也成為了人們研究的熱點。顯然，僅僅依靠單學科的仿真設計已經滿足不了智能電器虛擬設計的需求。但是以往對帶有電子模塊的智能電磁電器的開發，大多脫離電器本體進行電子電路和控制方案的仿真設計，將電磁系統等效為恒定的阻感負載串聯于電路中，再通過大量實驗測試智能控制作用下的電磁電器動態特性，分析控制方案。這種設計模式限制了虛擬設計技術在智能電磁電器的進一步應用。對低壓電磁電器進行三維多體動力學的仿真，能夠直觀觀察運動部件的工作過程與狀態變化，尤其是鐵心碰撞、觸頭振動，揭示不同時刻各參量間的關系。智能控制模塊對提高電器的分合閘性能，減小線圈的吸持功耗、噪聲以及電器本體的節材等方面發揮了重要作用。若能將兩者聯合仿真，為其結構設計、特性分析、控制策略提供理論指導，對縮短電器開發周期，減小成本，增強產品競爭力，提高整體性能指標具有重要意義。

參考文獻：

[1]汪淑妮,許志紅.交流接觸器特性分析[J].福州大學學報:自然科學版,2014(1): 90-97.

[2]梁慧敏,由佳欣,葉雪榮,等.基于三維磁場仿真分析的含永磁繼電器等效磁路模型的建立[J].電工技術學報, 2011, 26(1): 46-50.

[3]彭翔,榮命哲,吳翊,等.交流接觸器數字化綜合設計軟件的開發[J].低壓電器, 2013 (19): 1-4.

[4] 周志凱,任萬濱,楊文英,等.基于虛擬樣機技術的大功率直流接觸器動態特性的仿真研究[J].低壓電器,2012,(15):12-15,20.

[5]Xu Z,Tang L.Digital Closed Loop Control Technology for the AC Contactors[C].ICEC 2014;The 27th International Conference on Electrical Contacts;Proceedings of.VDE,2014:1-4.