新型双电源转换开关用螺管式电磁铁的设计与性能测试技术研究

摘要

电磁机构作为大多数电器的核心部件，其性能的好坏直接关系到电器的可靠工作。螺管式电磁铁作为电磁机构中的一种，以其优良的特性得到了广泛的应用。本文设计的是机电一体化式双电源转换开关用螺管式电磁铁，该双电源转换开关以螺管式电磁铁代替传统双电源转换开关中断路器带动触头系统进行切换，实现供电系统的持续供电。 首先，对双电源转换开关中的螺管式电磁铁结构进行了初步设计。深入分析了螺管式电磁铁的反力特性，结合电磁铁的静态吸力特性确定了螺管式电磁铁的结构形式，计算了螺管式电磁铁的结构参数，完成了结构设计。 其次，利用ANSOFT软件建立了螺管式电磁铁的有限元模型，进行了静态特性仿真，根据静态仿真结果对螺管式电磁铁磁极表面吸力、螺管力以及磁场强度分布进行了分析。采用正交优化的方法对励磁线圈匝数、动铁心半径、轭铁厚度进行了优化设计，对比了优化效果。 然后，研究了电磁铁静态吸力测试方法并研制了测试装置。结合设计的螺管式电磁铁的特点，设计了由安装基座、控制模块、驱动模块、测试模块组成的测试装置，并对步进电机驱动控制器的上位机软件进行了系统设计，使测试精度、测量范围得到了大幅度的提高，实现了螺管式电磁铁在不同气隙下静态吸力的自动测量。 最后，制作了螺管式电磁铁样机，搭建了螺管式电磁铁静态吸力测试系统。对设计的螺管式电磁铁在不同电压、不同气隙下的电磁吸力自动的进行了实验测试，实测数据表明了仿真的正确性，并验证了设计的螺管式电磁铁能够满足指标要求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题的背景及研究的目的和意义

1.1.1 研究的背景

1.1.2 研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 双电源转换开关的发展现状

1.2.2 电磁铁特性分析方法的研究现状

1.2.3 电磁铁性能优化方法与分析的研究现状

1.2.4 电磁铁静态特性测试技术的研究现状

1.3 课题主要研究内容

第二章 双电源转换开关用螺管式电磁铁的结构设计

2.1 引言

2.2 螺管式电磁铁结构与分析

2.2.1 螺管式电磁铁结构功能

2.2.2 螺管式电磁铁工作原理的分析

2.2.3 螺管式电磁铁的等效磁路分析

2.3 螺管式电磁铁的结构设计

2.3.1 电磁铁的结构设计步骤和方法

2.3.2 反力特性的研究

2.3.3 电磁铁结构参数的计算

2.4 本章小结

第三章 螺管式电磁铁的静态特性分析与结构优化

3.1 引言

3.2 有限元理论基础

3.3 螺管式电磁铁静态特性的仿真

3.3.1 静态特性仿真模型的建立

3.3.2 静态特性仿真结果与分析

3.4 螺管式电磁铁的优化设计

3.4.1 优化方法的选择

3.4.2 优化目标选择

3.4.3 螺管式电磁铁优化设计的约束条件

3.4.4 优化过程及优化结果分析

3.5 本章小结

第四章 双电源转换开关用螺管式电磁铁静态吸力测试装置设计

4.1 引言

4.2 电磁铁输出吸力与位移测试方法的研究

4.3 螺管式电磁铁静态吸力测试装置设计

4.3.1 总体设计

4.3.2 螺管式电磁铁静态吸力测试装置硬件系统设计

4.3.3 螺管式电磁铁静态吸力测试装置软件设计

4.4 本章小结

第五章 螺管式电磁铁静态吸力特性实验

5.1 前言

5.2 螺管式电磁铁静态电磁吸力测试方案的设计

5.3 实验数据分析

5.4 本章小结

第六章 结论

参考文献

攻读硕士期间取得的相关科研成果

致谢