[发明专利]智能交直流电磁电器设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能交直流电磁电器设计方法。

背景技术

随着智能电网的飞速发展，电磁电器的智能化进程得到了广泛的重视，传统电器的设计方法和设计理念远远无法满足智能电磁电器产品的设计需求。智能电器由电磁机构、触头系统、联动机构、智能控制模块等几个组成部分，智能控制模块中，又包含着控制芯片、硬件电路和软件控制策略部分，因此，单纯的设计电磁电器的本体结构，无法达到整体优化的设计目标。磁场的分布性、磁路的非线性、分磁环、磁滞涡流及气隙磁导的存在增加了电磁电器动态过程的复杂性。传统设计方法以经验设计与样机试验为主，开发周期长，很难满足市场需求。随着计算机技术的发展，虚拟仿真技术与动态优化设计技术为电磁电器的虚拟设计注入新的活力。文献[1]建立了系列交流接触器磁路计算与优化设计系统，能够改变结构尺寸，分析接触器动态特性，为产品设计和开发提供依据；文献[2]先进行三维磁场仿真，再根据磁感应强度的分布建立永磁继电器等效磁路模型，提高吸力特性计算精度；文献[3]耦合电磁场方程、机械运动方程、电路方程，开发了接触器数字化综合设计软件，实现接触器动态特性的仿真计算；文献[4]采用虚拟样机技术建立接触器电磁系统模型、机械系统模型、机电耦合模型，在单位仿真步长中，通过控制软件Matlab/Simulink将电磁吸力传递给动力学分析软件Adams，同时将Adams求得的动力学参量反馈给Matlab/Simulink，为虚拟样机设计提供了方便快捷的手段；文献[5]将高频闭环斩波技术、数字控制技术引入接触器动态全过程控制，大大减小铁心和触头的碰撞能量；文献[6-8]将蚁群算法、人工神经网络、粒子群算法等人工智能算法融入电器的全过程动态优化设计与智能控制中，优化电磁系统结构，预测动态过程关键参量，寻求闭合和分断过程最优控制参数，提高电磁电器的整体性能。

如上所述，广大学者从不同学科领域的仿真技术来研究和开发电器，从而能够更全面的了解电器的工作状态。电器的设计涵盖电气、机械、控制、通信等多个领域，涉及的理论主要有电接触理论、电弧理论、发热、电动力理论、电磁结构理论。近年来，随着智能电网的提出，智能电器也成为了人们研究的热点。显然，仅仅依靠单学科的仿真设计已经满足不了智能电器虚拟设计的需求。但是以往对带有电子模块的智能电磁电器的开发，大多脱离电器本体进行电子电路和控制方案的仿真设计，将电磁系统等效为恒定的阻感负载串联于电路中，再通过大量实验测试智能控制作用下的电磁电器动态特性，分析控制方案。这种设计模式限制了虚拟设计技术在智能电磁电器的进一步应用。对低压电磁电器进行三维多体动力学的仿真，能够直观观察运动部件的工作过程与状态变化，尤其是铁心碰撞、触头振动，揭示不同时刻各参量间的关系。智能控制模块对提高电器的分合闸性能，减小线圈的吸持功耗、噪声以及电器本体的节材等方面发挥了重要作用。若能将两者联合仿真，为其结构设计、特性分析、控制策略提供理论指导，对缩短电器开发周期，减小成本，增强产品竞争力，提高整体性能指标具有重要意义。

参考文献：

[1]汪淑妮,许志红.交流接触器特性分析[J].福州大学学报:自然科学版,2014(1): 90-97.

[2]梁慧敏,由佳欣,叶雪荣,等.基于三维磁场仿真分析的含永磁继电器等效磁路模型的建立[J].电工技术学报, 2011, 26(1): 46-50.

[3]彭翔,荣命哲,吴翊,等.交流接触器数字化综合设计软件的开发[J].低压电器, 2013 (19): 1-4.

[4] 周志凯,任万滨,杨文英,等.基于虚拟样机技术的大功率直流接触器动态特性的仿真研究[J].低压电器,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.