[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

说明书

本发明公开了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，所述方法包括如下步骤：(1)动作过程的公式化描述，并建立电磁继电器电磁力数学模型、接触力数学模型及电动斥力数学模型。(2)采用MATLAB语言编写计算程序实现电磁力数学模型、电动斥力数学模型及接触力数学模型的耦合求解。在耦合求解过程中，基于四阶Runge‑Kutta方法来实现分析电磁继电器在容性负载下的接触弹跳和动态特性。本发明提供了一种求解和分析电磁继电器弹跳特性的分析方法，可以同时求解控制其触点弹跳行为的电磁场和机械场耦合方程，具有极强的通用性，可以在各种工作条件下应用于不同的继电器，进而提升电磁继电器弹跳特性分析效率。

技术领域

本发明涉及一种继电器在容性负载下的弹跳特性计算方法，具体涉及一种继电器切换容性负载瞬间，模拟动触头及衔铁的动态运动过程并获取触头弹跳参数的方法。

背景技术

电磁继电器被广泛应用在高端设备制造行业的功率控制和功率转换电路中，使用寿命长和可靠性高是目前国家迫切的需求。影响电磁继电器动态特性的关键因素是动静触头之间、衔轭铁之间的接触弹跳。许多研究表明，触头弹跳会加剧触头的磨损并缩短电磁继电器的寿命。在控制电器电路中，切换电容性负载是不可避免的任务。在动触头完成闭合过程中，会在容性负载下产生浪涌电流，这直接增加了电磁继电器的接触弹跳可能性。所以近年来，容性负载下电磁继电器应用中的触头弹跳特性一直是继电器制造商和用户关注的问题。

目前，传统的继电器接触特性的研究主要集中在仿真和实验研究两个方面。但是很少有学者使用理论方法研究容性负载下继电器的弹跳特性。另外，由于电磁继电器接触特性实验研究在结构设计上极其复杂且费时，并且不能清楚地揭示接触弹跳的机理。因此需要提出更简便实用和普适性更强的方法去实现容性负载下的电磁继电器弹跳特性分析。

鉴于上述事实，提出一种有效评估容性负载下的继电器弹跳的理论分析方法对继电器动态特性、接触可靠性提升具有重要的意义。另外，弹跳特性计算方法及研究思路对同类电器结构的动态特性评估、接触弹跳抑制及性能提升具有良好的借鉴作用。

发明内容

本发明的目的是提供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，该方法能够以简单有效的方式模拟触头、衔铁的运动-接触-运动过程及弹跳特性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

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，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：