[发明专利]间歇性熔融焊接的小负载继电器电接触特性分析方法

说明书

本发明公开了一种间歇性熔融焊接的小负载继电器电接触特性分析方法，所述方法包括如下步骤：步骤1、构建间歇性熔融焊接继电器的等效接触动力学模型；步骤2、推导触点动力学微分方程；步骤3、矩阵化触点动力学运动偏微分方程；步骤4、确定继电器的受迫推力；步骤5、确定冲击力；步骤6、确定霍尔姆力；步骤7、确定焊接力；步骤8、根据步骤1至步骤7，利用龙格库塔方法求得动触点位移y，如果y≥d₀，则输出触点电接触参数，即可获得继电器动触点的动态响应，否则返回步骤4。本发明公式并矩阵化了触点位置处的不同性质力，灵活高效地获取不同参数下继电器弹跳时间、弹跳次数和弹跳幅值数据，为继电器的全寿命可靠性优化提供数据支撑。

技术领域

本发明涉及一种继电器电接触特性分析方法，具体涉及一种非焊接失效情况下能够公式化评价继电器动触点间歇性闭合-打开-闭合过程的方法。

背景技术

触点焊接失效是小负载继电器常见的失效模式。在继电器进行电力控制、信号转换、负载保护过程中，触点通电回路实际上是由若干接触斑点构成并承担负载电流。当大电流流经触点时，触点间的实际接触区域电流密度突然增大，焦耳热加热接触区域并使附近接触材料发生熔融软化。当接触区域熔化的微观液态金属冷却凝固后，继电器触点对将焊接在一起。继电器的接触区域发生熔融软化时，触点材料的自然阻尼会增大，严重破坏接触面上原本的力学作用关系，进一步改变触点的接触状态，直接降低了继电器的可靠性，已成为制约小负载继电器的可靠性提升瓶颈。

要破坏两触点间的熔融焊接从而使继电器触点再次打开，要求触点上的分离力要高于接触区域的最大焊接力。而小负载继电器触点上的力主要由四部分组成：作用在触点上的受迫推力、两触点接触碰撞产生的冲击力、电流线在触点区域收缩产生的霍尔姆力、熔融区域的焊接力。近年来，触点熔焊研究主要集中于试验研究接触焊接的特点、诱发焊接的电弧及失效模式。继电器的带载切换过程及弹跳特性分析也多围绕负载接入对触点带来的瞬时冲力展开方法研究。目前很少有研究将继电器触点动作过程的接触冲击现象与其非焊接失效情况下的间歇性熔融焊接进行联系和动力学分析。影响触点熔融焊接并再次打开的参数很多，而这些参数之间是相互联系的。因此，非焊接失效情况下的继电器的电接触特性是一种非常复杂的现象。然而，对目前发生间歇性熔融焊接的继电器动态特性计算和焊接力对触点动作的影响机理分析还少有专门的研究。

发明内容

本发明针对小负载继电器电接触特性常常伴有的熔融焊接现象，提供了一种间歇性熔融焊接的小负载继电器电接触特性分析方法。该方法能有效评价继电器线圈通电后其导磁体磁化、电磁力产生、动触点受迫运动、触点对间的接触冲击、接触区域加热软化与局部合力情况，并能快速获取输入参数、结构和材料参数变化条件下的继电器电接触性能，有效统计触点动作全过程的接触弹跳参数数据，分析理论和所得数据可直接用于构建继电器可靠性优化模型和退化参数分析。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种间歇性熔融焊接的小负载继电器电接触特性分析方法，包括如下步骤：

步骤1、构建间歇性熔融焊接继电器的等效接触动力学模型；

依据小负载继电器的工作原理，构建继电器等效接触动力学模型；

步骤2、推导触点动力学微分方程

根据步骤1中建立的间歇性熔融焊接继电器的等效接触动力学模型，得到继电器的触点动力学运动偏微分方程：

式中，E和I分别是结构的弹性模量和惯性矩，ρ是结构的材料密度，A_s是结构的横截面积，c_s是结构阻尼系数，x是横坐标，t是结构运动时间，y(x,t)表示触点运动位移，p(x,t)是可动弹簧每单位长度的载荷；

步骤3、矩阵化触点动力学运动偏微分方程

将可动弹簧的位移表达式代入继电器的触点动力学运动偏微分方程式，得到偏微分方程：