[發明專利]容性負載下電磁繼電器閉合彈跳電接觸力學特性計算方法

有效

• 申請號: 201911330683.6
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN111079299B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 楊文英;劉蘭香;柴玉陽;滕孟蘭;翟國富
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

1.一種容性負載下電磁繼電器閉合彈跳電接觸力學特性計算方法，其特征在于所述方法包括如下步驟：

步驟一、建立電磁力數學模型：

其中，V是求解域的體積，W_m是磁場的總能量，H_c表示磁場強度矢量，B表示磁通密度矢量，y₁表示銜鐵的實際位移，F_m表示電磁力；

步驟二、建立接觸力數學模型：

(1)建立動靜觸頭間的接觸力數學表達式：

其中，F_ms表示靜觸頭和動觸頭之間的非線性接觸力，k表示接觸剛度系數，n是接觸指數，k_c表示接觸阻尼系數，δ是移動接觸壓入靜態接觸的穿透距離，y₂表示動觸頭的實際位移，y_d表示開距；

(2)建立銜軛鐵之間的接觸力表達式：

其中，F_ay表示銜鐵和軛鐵之間的非線性接觸力，k表示接觸剛度系數，n是接觸指數，k_c表示接觸阻尼系數，δ是移動接觸壓入靜態接觸的穿透距離，y₁表示銜鐵的實際位移，y_x為氣隙；

步驟三、建立電動斥力數學模型：

(1)等效電磁繼電器的工作負載電路；

(2)引入接觸橋模型給出電動斥力表達式：

活動觸點上的電動排斥力F_r等于霍爾姆力F_h，霍爾姆力F_h為：

其中，μ是磁導率，i_m是浪涌電流，R₁表示測得的接觸半徑，P表示接觸力，ξ是接觸表面的接觸系數，H₁是接觸材料的布氏硬度；

步驟四、耦合求解電-磁-運動場：

(1)轉化電磁繼電器接觸模型的運動微分方程：

電磁繼電器接觸模型的運動微分方程表示為以下矢量形式：

其中：

式中，M₁是銜鐵和連桿的質量，M₂是動觸頭的質量，c₁是返回彈簧阻尼，c₂是觸頭彈簧阻尼，k₁表示返回彈簧剛度，k₂表示觸頭彈簧剛度；

銜鐵和動觸點的合力F₁，F₂和F₃表示為：

F₁＝F_m+F_f,F₂＝F_m+F_f+F_c+F_ay,F₃＝F_c+F_ms+F_r；

式中，F_f是返回彈簧預壓力，F_c是觸頭彈簧預壓力；

(2)基于四階Runge-Kutta方法求解電磁繼電器接觸模型的運動微分方程，獲得繼電器動觸頭和銜鐵的時域內的響應。

2.根據權利要求1所述的容性負載下電磁繼電器閉合彈跳電接觸力學特性計算方法，其特征在于所述磁通密度矢量B和磁場強度矢量H_c表示為：

其中，A是磁矢量勢，μ是磁導率。

3.根據權利要求1所述的容性負載下電磁繼電器閉合彈跳電接觸力學特性計算方法，其特征在于所述動靜觸頭間的接觸力數學表達式中，階躍函數表示為：

其中，Δ₁＝(y_d–y₂+δ)/δ。

4.根據權利要求1所述的容性負載下電磁繼電器閉合彈跳電接觸力學特性計算方法，其特征在于所述銜軛鐵之間的接觸力表達式中，階躍函數表示為：

其中，Δ₂＝(y_x–y₁+δ)/δ。

5.根據權利要求1所述的容性負載下電磁繼電器閉合彈跳電接觸力學特性計算方法，其特征在于所述i_m的微分方程計算式為：

其中，u_c是電容器的電壓，u_s是電源電壓，R_r是接觸電阻。