接触器仿真优化设计分析系统

摘要

本发明涉及一种接触器仿真优化设计分析系统，包括系统管理中心、静态分析模块、动态分析模块、温升计算模块、对比分析模块、优化设计模块、能耗分析模块、输出管理模块和输出结果模块；所述系统管理中心与所述静态分析模块、动态分析模块、温升计算模块、对比分析模块、优化设计模块、能耗分析模块相连接，所述静态分析模块、动态分析模块、温升计算模块、对比分析模块、优化设计模块、能耗分析模块将计算结果送入所述输出管理模块中；所述输出管理模块汇总静态分析模块、动态分析模块、温升计算模块、对比分析模块、优化设计模块、能耗分析模块的各种数据和结果，并由输出结果模块输出相应的产品分析报告。该系统有利于对接触器进行全面的仿真优化设计分析，从而设计出性能优良的接触器。

说明书

技术领域

本发明涉及接触器设计技术领域，特别是一种接触器仿真优化设计系统。

背景技术

接触器是一种适用于远距离操作的自动控制电器，它适合频繁地接通和断开交直流主电路及大容量控制电路。其主要的控制对象是电机，也可以用于其它电力负载，如变频器、电热器、电焊机、电容器和照明等，是现代工业、农业、交通运输、石油化工、冶金、建筑等国民经济各个领域中需求量最大的低压电器产品，在任何一个发达和发展中国家中都不例外。

传统接触器的设计，需要依靠大量的样机测试才能确定最终参数，不仅试验周期长，成本高，而且市场应变能力低下。虚拟样机技术是以机械系统动力学和运动学仿真技术为核心，兼顾可视化技术、有限元方法、优化设计技术等的综合性技术。将现代虚拟设计仿真技术引入接触器的设计中，在不改变电磁力的情况下，减少电磁机构的体积，节约铜铁用量，优化动作过程，提高接触器的使用寿命，减少稳定状态的工作温升，同时结合可靠通断的具体情况，实现节能、节材、稳定运行，成为可能。

因此，运用虚拟样机技术，开发和研究具有智能优化设计功能的接触器计算、优化仿真设计、分析系统，是一件十分有意义的工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种接触器仿真优化设计分析系统，该系统有利于对接触器进行全面的仿真优化设计分析，从而设计出性能优良的接触器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提出的一种接触器仿真优化设计分析系统，包括系统管理中心2、动态分析模块4、温升计算模块5、优化设计模块7、输出管理模块10和输出结果模块9；

所述系统管理中心2的输出端分别与所述动态分析模块4、温升计算模块5、优化设计模块7的输入端相连接，所述系统管理中心2用于选定接触器类型以及需要完成的工作是静态分析、动态分析、温升计算或优化设计；

所述动态分析模块4包括动态参数设置模块41、吸合过程动态计算模块411、释放过程动态计算模块412、吸持阶段计算模块413和动态分析结果模块42，所述动态参数设置模块41的输出端分别与吸合过程动态计算模块411、释放过程动态计算模块412和吸持阶段计算模块413的输入端相连，所述吸持阶段计算模块413另一输入端与所述温升计算模块的温升计算结果模块52的输出端相连接，以进行温度计算的校验，所述吸合过程动态计算模块411、释放过程动态计算模块412和吸持阶段计算模块413的输出端分别连接动态分析结果模块42，动态分析结果模块42的输出端连接输出管理模块10；所述吸合过程动态计算模块411、释放过程动态计算模块412和吸持阶段计算模块413的计算结果共同传输到动态分析结果模块42中进行存储和数据处理；所述动态分析结果模块42的计算结果送入所述输出管理模块10中；

所述温升计算模块5包括温升参数设置模块5l、温度场计算模块511、电磁场计算模块512和温升计算结果模块52，所述温升参数设置模块5l的输出端分别与温度场计算模块511和电磁场计算模块512的输入端相连，所述温度场计算模块511和电磁场计算模块512的输出端分别连接温升计算结果模块52，所述温升计算结果模块52输出端分别连接吸持阶段计算模块413和输出管理模块52，所述温度场计算模块511和电磁场计算模块512的计算结果共同传输到温升计算结果模块52，所述温升计算结果模块52的计算结果分两路输出，一路输出至所述吸持阶段计算模块413中，另一路送入所述输出管理模块10中；

所述优化设计模块7包括优化参数设置模块71、优化计算程序模块711、动态计算程序模块712、温升校验计算模块713和优化结果模块72，所述优化参数设置模块71的输出端连接优化计算程序模块711的输入端，所述优化计算程序模块711的输出端分别连接调用动态计算程序模块712和温升校验计算模块713，调用动态计算程序模块712和温升校验计算模块713分别连接优化结果模块72的输入端，优化结果模块72的输出端连接输出管理模块10；所述优化计算程序模块711调用动态计算程序模块712和温升校验计算模块713，然后将符合优化设计条件的参数结果送入优化结果模块72，再由优化结果模块72送入所述输出管理模块10中；

所述输出管理模块10连接输出结果模块9，用于汇总动态分析、温升计算和优化设计的各种数据和结果，形成报告并送入所述输出结果模块9中；

所述输出结果模块9用于输出相应的产品分析报告。

本发明中，该系统还包括系统登录模块1，所述系统登录模块用于对管理人员和登录密码进行管理，系统管理中心2的输入端连接系统登录模块1的输出端。

本发明中，该系统还包括静态分析模块3，所述静态分析模块3包括静态参数设置模块31、静态计算模块311和静态结果模块32，所述静态参数设置模块31的输出端连接静态计算模块311的输入端，所述静态计算模块311的输出端连接静态结果模块32，所述静态结果模块32的输出端连接输出管理模块10，所述静态计算模块311的计算结果传输到静态结果模块32，所述静态结果模块32的计算结果分两路输出，一路输出至所述吸和过程动态计算模块和所述释放过程动态计算模块，另一路送入所述输出管理模块10中，所述静态分析模块用于对静态参数的设计与分析。

本发明中，该系统还包括对比分析模块6，所述对比分析模块6包括参数选择模块61、仿真结果计算模块611、实验结果模块612和对比分析结果模块62，所述参数选择模块61的输出端分别连接仿真结果计算模块611和实验结果模块612的输入端，仿真结果计算模块611和实验结果模块612的输出端分别连接对比分析结果模块62，对比分析结果模块62的输出端连接输出管理模块10，所述仿真结果计算模块611可以调用静态分析模块3、动态分析模块4或温升计算模块5，其和所述实验结果模块612的对比分析结果共同传输到对比分析结果模块62，所述对比分析结果模块输出至所述输出管理模块10中，所述对比分析模块用于验证模型的准确性及所设计的接触器参数的有效性。

本发明中，该系统还包括能耗分析模块8，所述能耗分析模块8包括能耗参数选择模块81、能耗计算模块811、能耗管理模块82，所述能耗参数选择模块81的输出端连接能耗计算模块811的输入端，所述能耗计算模块811的输出端连接能耗管理模块82的输入端，所述能耗管理模块82的输出端连接输出管理模块10，所述能耗计算模块8的计算结果传输到能耗管理模块82，所述能耗管理模块82的计算结果送入所述输出管理模块10中，所述能耗分析模块8用于接触器的能耗计算以便达到节能的目的。

本发明中，该系统的动态分析模块4主要包括如下几个步骤：

步骤一：确定需要分析计算的动态过程，可以是吸合过程动态计算、释放过程动态计算、吸持阶段计算及它们之间的组合；

步骤二：接触器动态参数初始化，包括动铁心质量、电流初始值、弹簧参数等；

步骤三：调用查表子程序由接触器动铁心的位移、磁链计算电流值；

步骤四：调用插值子程序由动铁心位移、电流值计算电磁吸力；

步骤五：由动铁心位移值计算弹簧反力；

步骤六：根据前面步骤中得到的电磁吸力和弹簧反力的配合，结合接触器动态吸和或释放过程中的机械运动微分方程，调用龙格-库塔法计算；

步骤七：判断该动态过程是否结束，若是则结束程序，若否则重复步骤三-步骤七；

步骤八：输出动态计算的结果。

本发明的有益效果在于： 

该系统有利于对接触器进行全面的仿真优化设计分析，从而设计出性能优良的接触器。

附图说明

图1为本发明的接触器仿真优化设计分析系统的原理框图；

图2为本发明的动态分析模块的主程序流程图；

图3为某型号接触器吸和过程动触头速度和位移的动态计算结果；其中：(a)时间与速度的动态计算结果，(b)时间与位移的动态计算结果；

图中标号：1为系统登录模块，2为系统管理模块，3为静态分析模块，31为静态分析参数设置模块，311为静态分析计算模块，32为静态分析结果模块，4为动态分析模块，41为动态分析参数设置模块，411为吸合过程动态计算模块，412为释放过程动态计算模块，413为吸持阶段计算模块，42为动态分析结果模块，5为温升计算模块，51为温升参数设置模块，511为温度场计算模块，512为电磁场计算模块，52为温升计算结果模块，6为对比分析模块，61为参数选择模块，611为仿真计算结果模块，612为实验结果模块，62为对比分析结果模块，7为优化设计模块，71为优化参数设置模块，711为优化计算程序模块，712为动态计算程序模块，713为温升校验计算模块，72为优化结果模块，8为能耗分析模块，81为能耗参数选择模块，811为能耗计算模块，82为能耗管理模块，10为输出管理模块，9为输出结果模块。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

本发明的接触器仿真优化设计分析系统，如图1所示，包括系统登录模块1、系统管理中心2、静态分析模块3、动态分析模块4、温升计算模块5、对比分析模块6、优化设计模块7、能耗分析模块8、输出管理模块10和输出结果模块9。

所述系统登录模块1用于对管理人员和登录密码进行管理。

所述系统管理中心2与所述静态分析模块3、动态分析模块4、温升计算模块5、对比分析模块6、优化设计模块相连接7，所述系统管理中心2用于选定接触器类型以及需要完成的工作是静态分析、动态分析、温升计算、对比分析或优化设计。选择好需要完成的操作以后，就进入各自的计算分析模块。

所述静态分析模块3包括静态参数设置模块31、与所述静态参数设置模块31相连接的静态计算模块311。在所述静态参数设置模块31中，可以设定接触器的结构、材料、工作气隙、工作电流等。所述静态计算模块的计算结果传输到静态结果模块32，所述静态结果模块32的计算结果分两路输出，一路输出至所述吸和过程动态计算模块和所述释放过程动态计算模块，另一路送入所述输出管理模块10中；

所述动态分析模块4包括动态参数设置模块41、与所述动态参数设置模块41相连接的吸合过程动态计算模块411、释放过程动态计算模块412和吸持阶段计算模块413。在所述动态参数设置模块41中，可以设定接触器的反力特性、动铁心的质量、关键参数、微分方程的解法等。所述吸持阶段计算模块413另一输入端与所述温升计算模块的温升计算结果模块52相连接以进行温度计算的校验，所述吸合过程动态计算模块411、释放过程动态计算模块412和吸持阶段计算模块413的计算结果共同传输到动态分析结果模块42中进行存储和数据处理；所述动态分析结果模块42的计算结果送入所述输出管理模块10中；

所述温升计算模块5包括温升参数设置模块5l、与所述温升参数设置模块5l相连接的温度场计算模块511和电磁场计算模块512。在所述温升参数设置模块51中，可以设定线圈的线径、匝数、材料、铁心的各种参数、骨架参数、激磁电压等。所述温度场计算模块511和电磁场计算模块512的计算结果共同传输到温升计算结果模块52，所述温升计算结果模块52的计算结果分两路输出，一路输出至所述吸持阶段计算模块413中，另一路送入所述输出管理模块10中；

所述对比分析模块6包括参数选择模块61、与所述参数选择模块61相连接的仿真结果计算模块611和实验结果模块612。在所述参数选择模块61中，可以选择不同的接触器类型。所述仿真结果计算模块611可以调用静态分析模块、动态分析模块或温升计算模块，其和实验结果模块612的对比分析结果共同传输到对比分析结果模块62，所述对比分析结果模块输出至所述输出管理模块10中；

所述优化设计模块7包括优化参数设置模块71和与所述优化参数设置模块71相连接的优化计算程序模块711。在所述优化参数设置模块71中，可以选择优化设计方法、优化的目标函数、优化变量等。所述优化计算程序模块711调用动态计算程序模块712和温升校验计算模块713，然后将符合优化设计条件的参数结果送入所述输出管理模块10中；

所述能耗分析模块8包括能耗参数选择模块81、与所述能耗参数选择模块81相连接的能耗计算模块811，所述能耗计算模块的计算结果传输到能耗管理模块82，所述能耗管理模块82的计算结果送入所述输出管理模块10中；

所述输出管理模块10用于汇总静态分析、动态分析、温升计算、对比分析和优化设计的各种数据和结果，形成报告并送入所述输出结果模块9中；

所述输出结果模块9用于输出相应的产品分析报告。

实施例2：

图2为本发明实施例2提供的接触器动态分析模块的主程序流程图，该分析模块包括：

步骤一：确定需要分析计算的动态过程，可以是吸合过程动态计算、释放过程动态计算、吸持阶段计算及它们之间的组合；

步骤二：接触器动态参数初始化，包括动铁心质量、电流初始值、弹簧参数等；

步骤三：调用查表子程序由接触器动铁心的位移、磁链计算电流值；

步骤四：调用插值子程序由动铁心位移、电流值计算电磁吸力；

步骤五：由动铁心位移值计算弹簧反力；

步骤六：根据前面步骤中得到的电磁吸力和弹簧反力的配合，结合接触器动态吸和或释放过程中的机械运动微分方程，调用龙格-库塔法计算；

步骤七：判断该动态过程是否结束，若是则结束程序，若否则重复步骤3-7；

步骤八：输出动态计算的结果，图3是根据该步骤得到的某型号接触器吸和过程触头速度和位移的动态计算结果。由图可知该型号接触器的触动时间为15.694ms，吸和时间为28.322ms，最大气隙为9.5mm。