[发明专利]容性负载下电磁继电器闭合弹跳电接触力学特性计算方法

权利要求书

1.一种容性负载下电磁继电器闭合弹跳电接触力学特性计算方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一、建立电磁力数学模型：

其中，V是求解域的体积，W_m是磁场的总能量，H_c表示磁场强度矢量，B表示磁通密度矢量，y₁表示衔铁的实际位移，F_m表示电磁力；

步骤二、建立接触力数学模型：

(1)建立动静触头间的接触力数学表达式：

其中，F_ms表示静触头和动触头之间的非线性接触力，k表示接触刚度系数，n是接触指数，k_c表示接触阻尼系数，δ是移动接触压入静态接触的穿透距离，y₂表示动触头的实际位移，y_d表示开距；

(2)建立衔轭铁之间的接触力表达式：

其中，F_ay表示衔铁和轭铁之间的非线性接触力，k表示接触刚度系数，n是接触指数，k_c表示接触阻尼系数，δ是移动接触压入静态接触的穿透距离，y₁表示衔铁的实际位移，y_x为气隙；

步骤三、建立电动斥力数学模型：

(1)等效电磁继电器的工作负载电路；

(2)引入接触桥模型给出电动斥力表达式：

活动触点上的电动排斥力F_r等于霍尔姆力F_h，霍尔姆力F_h为：

其中，μ是磁导率，i_m是浪涌电流，R₁表示测得的接触半径，P表示接触力，ξ是接触表面的接触系数，H₁是接触材料的布氏硬度；

步骤四、耦合求解电-磁-运动场：

(1)转化电磁继电器接触模型的运动微分方程：

电磁继电器接触模型的运动微分方程表示为以下矢量形式：

其中：

式中，M₁是衔铁和连杆的质量，M₂是动触头的质量，c₁是返回弹簧阻尼，c₂是触头弹簧阻尼，k₁表示返回弹簧刚度，k₂表示触头弹簧刚度；

衔铁和动触点的合力F₁，F₂和F₃表示为：

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是返回弹簧预压力，F_c是触头弹簧预压力；

(2)基于四阶Runge-Kutta方法求解电磁继电器接触模型的运动微分方程，获得继电器动触头和衔铁的时域内的响应。

2.根据权利要求1所述的容性负载下电磁继电器闭合弹跳电接触力学特性计算方法，其特征在于所述磁通密度矢量B和磁场强度矢量H_c表示为：

其中，A是磁矢量势，μ是磁导率。

3.根据权利要求1所述的容性负载下电磁继电器闭合弹跳电接触力学特性计算方法，其特征在于所述动静触头间的接触力数学表达式中，阶跃函数表示为：

其中，Δ₁＝(y_d–y₂+δ)/δ。

4.根据权利要求1所述的容性负载下电磁继电器闭合弹跳电接触力学特性计算方法，其特征在于所述衔轭铁之间的接触力表达式中，阶跃函数表示为：

其中，Δ₂＝(y_x–y₁+δ)/δ。

5.根据权利要求1所述的容性负载下电磁继电器闭合弹跳电接触力学特性计算方法，其特征在于所述i_m的微分方程计算式为：

其中，u_c是电容器的电压，u_s是电源电压，R_r是接触电阻。