变频用高压真空接触器电磁机构的仿真研究

摘要

接触器是变频器控制中的重要电器元件，主要用于切换缓冲电阻以及接通和分断主电路。接触器可分为空气式和真空式,真空式有许多优点使得许多场合逐步用真空接触器代替空气式接触器。传统接触器的设计方法以产品为主体，对其进行反复实验以达到改进产品的目的，研发时间长、成本高，并且很难达到预期产品的性能和电寿命等方面的目标。电磁机构是影响真空接触器性能、机械寿命和电寿命的一个重要因素。因此，基于有限元分析法对真空接触器电磁机构的研究及优化具有重要的理论和实际指导意义。
　　本文是以JCZ5-630A/12KV型真空接触器为模型，对真空接触器的电磁机构进行静动态分析，确定影响动态特性的关键因素，对接触器电磁机构进行优化设计，使其提高接触器的使用寿命。主要有以下内容：
　　1）利用PRO/E软件建立电磁机构的三维模型，通过无缝连接技术，将三维模型导入ANSYS软件中，然后分析其静态特性，得到不同气隙和电流下的电磁吸力表。
　　2）对电磁机构进行动态分析，得出不同合闸相角下电流特性；不同电压下吸合速度和合闸相角的关系；并研究在一定合闸相角和电压下，动态时的吸力、反力配合特性。
　　3）运用正交实验设计法，以铁芯半径、内线圈匝数、外线圈匝数、衔铁厚度、轭铁厚度、主弹簧刚度系数、主弹簧预压力等七个变量为因素，以真空接触器的吸合速度、释放速度为优化目标，寻求最优组合，并确定影响动态特性的关键因素。
　　4）采用均匀设计法，基于正交试验取得的最优组合中，对确定的关键因素在规定的范围内进一步优化，并比较优化前后吸合速度和释放速度的变化情况。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 课题研究现状及发展趋势

1.2.1高压真空接触器的研究现状及发展趋势

1.2.2有限元方法的现状和发展趋势

1.3 课题研究的主要内容

第二章 变频用高压真空接触器电磁机构的静态特性分析

2.1 有限元分析方法简介

2.2 高压真空接触器三维模型的建立

2.3 高压真空接触器静态特性仿真分析

2.3.1 电磁机构材料特性

2.3.2 电磁机构有限元模型

2.3.3 电磁机构的线圈参数

2.3.4 电磁机构的磁场分布

2.3.5 电磁机构电磁吸力的计算

2.3.6 电磁机构的反力特性

2.3.7 电磁机构静态时的吸力、反力配合

第三章 变频用高压真空接触器电磁机构动态特性分析

3.1 动态电磁机构模型的建立

3.1.1 串联双线圈交流电磁机构的工作原理

3.1.2 电磁机构动态数学模型的建立

3.2 电磁机构动态特性的仿真分析

3.3 高压真空接触器的动态仿真结果分析

3.3.1 电磁机构的电流特性

3.3.2 电磁机构的速度特性

3.3.3 电磁机构的吸、反力特性

第四章 变频用高压真空接触器电磁机构的优化设计

4.1 优化方法简介

4.1.1 正交试验设计法

4.1.2 均匀设计法

4.2 影响电磁机构动态特性关键参数的分析

4.2.1 选取参数变量

4.2.2 选取优化目标

4.2.3 各参数对动态特性的影响

4.3 确定优化参数

4.3.1 确定正交实验表

4.3.2 因素显著性分析

4.3.3 正交实验结果分析

4.4 优化设计

4.4.1 确定均匀设计表

4.4.2 运用回归模型进行分析

4.4.3 优化结果

结论

参考文献

致谢