[發(fā)明專利]智能接觸器虛擬樣機設計平臺

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710373481.4
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107229788B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設計）人: 許志紅;唐昭暉;李瑞
• 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: 35100 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司
• 代理人: 蔡學俊

1.一種智能接觸器虛擬樣機設計平臺，其特征在于：包括選型模塊、參數設置模塊、計算模塊和分析模塊；

所述選型模塊，提供上位機界面，用于用戶根據需求對主電路類型、控制電路類型、電磁系統(tǒng)類型、觸頭系統(tǒng)類型和材料類型進行選型；

所述參數設置模塊，在選型確定后，對所選類型的參數進行設置；

所述計算模塊包括電磁場計算模型，內含電磁系統(tǒng)動態(tài)模型、觸頭電動力計算模型和電路電磁模型三部分，通過電磁場計算模型獲得不同控制方案下電磁系統(tǒng)包含吸合、吸持和分斷全過程的動態(tài)特性，不同主電路情況下的觸頭系統(tǒng)加載時的電磁分布參數和電路及器件的電磁特性參數；

所述分析模塊，對計算模塊獲得的參數進行分析；

所述電磁場計算模型中，

電磁系統(tǒng)動態(tài)模型通過線圈電感實現(xiàn)與控制電路的耦合，實現(xiàn)本體與不同類型激勵源的多物理場耦合，是多物理場耦合模型的基礎模型，為其他物理場提供了各個模型所需要的參數；

觸頭電動力計算模型用于獲取觸頭系統(tǒng)在加載不同類型主電路情況下的電流收縮、電動力及電磁場分布情況；

電路電磁模型通過建立器件模型獲得器件的電磁參數，再通過建立電路系統(tǒng)模型獲得電路的磁場分布及損耗情況；

在所述電磁場計算模型的基礎上，所述計算模塊建立對應部件的溫度場計算模型，通過對應的損耗和溫度參數的相互耦合，從而獲得各部件的溫升參數和分布情況；

在所述電磁場計算模型的基礎上，所述計算模塊建立接觸器多體動力學計算模型，包括觸頭系統(tǒng)、電磁系統(tǒng)及反力彈簧系統(tǒng)，通過吸力、反力參數的耦合，獲得產品運動、碰撞過程中的位移、彈跳、形變及疲勞情況；

在所述電磁場計算模型和多體動力學計算模型的基礎上，所述計算模塊獲得鐵芯與觸頭的運動軌跡及磁場分布，結合電弧的場域研究，分析電弧的動態(tài)運動及觸頭的腐蝕磨損情況，建立接觸器吸合過程與分斷過程的運動電弧計算模型，從而獲得觸頭電弧的能量及運動軌跡；

在所述電磁場計算模型的基礎上，所述計算模塊通過耦合器件的電磁參數建立全電路仿真模型，從而進行電路的電磁干擾、噪聲頻響特性及諧波的傅里葉分析；

建立含不同類型的主電路和控制電路模型，不同結構、材料的電磁系統(tǒng)與觸頭系統(tǒng)模型的數據庫，根據觸頭分斷電流等級設計觸頭系統(tǒng)和反力系統(tǒng)，再根據反力系統(tǒng)和電路方案設計滿足設計需求的電磁系統(tǒng)，最后通過多物理場耦合仿真考核設計的產品的工作特性；

所述電磁系統(tǒng)和觸頭系統(tǒng)的動力學計算流程包括以下步驟：

步驟A1：在設定的大氣隙情況下，通過電磁有限元軟件計算在大氣隙情況下電磁系統(tǒng)運動過程并獲取相關數據；在判定電磁系統(tǒng)運動至小氣隙情況后，電磁吸力計算切換到磁路計算程序，并與動力學軟件交互數據，獲取電磁機構碰撞過程中的各種數據；

步驟A2：對剛體進行柔性化處理，獲得電磁系統(tǒng)和觸頭系統(tǒng)在運動過程中的應力、應變參數，對鐵心以及分磁環(huán)進行疲勞分析，對不同的觸頭材料的機械特性進行對比，以此作為觸頭材料選取的參考指標，并在此基礎上進行二次開發(fā)；

還包括整機溫升以及觸頭電動力程序，包括以下步驟：

步驟B1：通過有限元軟件對吸持狀態(tài)下的觸頭系統(tǒng)進行靜力學分析，獲取觸頭接觸表面接觸單元的接觸力的分布情況，根據觸頭表面接觸單元的受力情況對觸頭表面的接觸情況進行分析并計算接觸點的幾何形狀和分布；

步驟B2：根據步驟B1的分析結果，對觸頭系統(tǒng)重新建模；

步驟B3：通過熱力學有限元軟件和電磁學有限元軟件分別計算觸頭系統(tǒng)吸持狀態(tài)下的溫升和電動力；

在步驟B3之后，通過電磁學有限元軟件與熱力學有限元軟件聯(lián)合調試，以電磁學有限元軟件計算得到的渦流和電流參數為熱力學軟件的源，在考慮電磁系統(tǒng)各個部件之間的熱耦合問題下，計算得電磁系統(tǒng)在吸持情況下的溫升，在考慮了電磁系統(tǒng)與觸頭系統(tǒng)之間的熱傳導情況下，計算出整機溫度分布情況。