大功率永磁直流接触器电磁设计及控制研究

摘要

大功率直流接触器作为一种重要的自动控制元件，可用小电流控制主线路的接通和关断，广泛应用于航天、兵器及电动汽车领域。近年来，直流接触器开断电压、电流等级进一步提升，因此，开展大功率直流接触器研究工作具有重要的工程应用价值。本文在综合分析国内外直流接触器现有操动机构的基础上，对额定控制容量为250A/450V的大功率直流接触器进行了总体电磁设计、建模及优化研究。 在分析大功率直流接触器现有产品操动机构特点的基础上，提出了一种永磁式直流接触器操动机构，阐述了该机构的拓扑结构和工作原理，并对永磁机构的动静铁心、永磁体、线圈骨架和线圈参数进行初步设计。利用有限元仿真软件Ansoft Maxwell搭建永磁机构模型，对机构分别进行静态特性和动态特性仿真分析。针对机构的动静态特性，提出模型优化方法，使其满足机构的动静态特性要求。 设计永磁机构控制电路，包括硬件部分和软件部分，实现永磁直流接触器的分合闸功能。硬件部分包括基于STM32的CPU处理器、供电电路、采样电路、驱动电路、保护电路等。软件部分包括数据采集程序、数据处理程序、保护程序、驱动程序等。 制作实验样机，搭建了永磁直流接触器实验平台，测量分合闸时间、线圈电流、电容电压等参数，并与仿真结果进行对比分析，验证了电磁设计方法和控制电路的有效性和正确性。

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