迎击式接触器触头动态分析中的操动机构模型建立的研究

中图分类号：TM572 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2016）01-000-01

摘 要 本文通过对迎击式接触器触头动态运动过程的分析并使用ADAMS及PRO/E软件，开展对触头操作机构的三维动态模型建立的研究。

关键词 迎击式接触器 动态分析 操动机构 模型建立

低压配电产品的性能和结构随着电网容量的不断增大及控制要求的不断提高，其性能和结构也有了更高的要求。早期电器产品研究与开发，主要依靠的是反复的制作样机和试验来得到电器产品的性能与特性数据，但由于低压电器在运行时存在许多能量的转换，而这些转换规律大多是非线性的，许多现象是多种瞬态形成的动态过程，使得通过制作样机试验的方式一方面无法得到全面的数据，另一方面成本高企、造成较大的浪费。

随着计算机技术的快速进步，使得通过计算机模拟的方式来得到电器实际的工作过程与状态变化的动态特性获得了极大的发展。本文对于迎击式接触器触头的动态分析应用中，使用了ADAMS、Pro/E软件，研究了建立操作机构的仿真模型，包括三维实体模型和动态数学模型，能够较全面的考虑到运行过程中涉及到的电、热、磁、材料、绝缘、机械以及电接触等方面的运行情况。

一、ADAMS建模流程

本文使用的ADAMS原件（Automatic Dynamics Analysis of Mechanical System）是使用交互式图形环境创建完全参数化的系统几何模型的动力学仿真分析软件，采用多刚体系统动力学中的朗格朗日方程方法的求解器，来建立动力方程，能够精确有效的建立动态模型以便有效的解决各种工程应用问题。

建立迎击式接触器触头动态分析中的操动机构模型，首先是要创建具有质量、转动惯量等特性的物体。物体的创建可以使用ADAMS零件库创建也可使用其他CAD软件输入。由于接触器触头操作机构形状较为负责，故本文研究的是通过ADAMS接口模块Exchange从Pro/E输入物体；

其次需要根据运动部件之间的相互关系及建立的相关部件的电磁作用关系及运动方程，使用 ADAMS中的约束库，建立不同物体之间的连接情况及物体之间作用关系。最后是通过施加于模型上的力，与实际工况开展对比，通过对比来修正模型输入的参数，来得到最能够体现实际情况的模型。

二、三维实体模型

本篇研究的建模是针对CJ20系列迎击式交流接触器，其结构为不带灭弧的三层二段式结构，上端为热固性塑料固定着的辅助触头、主触头，下段热塑性塑料底座安装电磁系统及缓冲装置。因此，实体模型需包括：

1.底座、主静触头、常开常闭辅助静触头，并在其与大地之剑、支架与衔铁之间添加固定副；

2.衔铁、主动触桥、辅助动触桥、动静铁心，并在之剑添加滑移副；

3.动静触头、动触桥；

4.主动触桥、辅助动触桥，并在其与支架之间添加触头弹簧；

5.动铁心与独铁心之间的反力弹簧、经铁心与底座之间的缓冲弹簧创建实体后，添加约束、施加载荷，并计算得到系统元素和数据元素，构建动态的数学模型。

三、动态数学模型

CJ20系列迎击式交流接触器的电磁机构经历吸合和释放过程，也即在接通电源时有一个合闸过程，切断电源时有一个释放阶段。其中吸合过程包括线圈接通到电流达到触动电流位置的触动过程，此事动铁心尚未运动，以及吸力大于反力、动铁心开始运动的运动过程。电磁机构的动作过程包括电磁过程及机械过程，这些过渡过程都含有与负载相关的电流和磁通的瞬态量。首先分析过程中的电路方程。

线圈通电后，电流不仅与电阻相关，与磁通变化率也有关系：

式中：

dψ/dt---磁链对时间的变化率

Um---电压峰值

ω---角频率

φ---合闸相角

i ---线圈电流

R---线圈电阻

操作机构运动闭合运动中铁心收到电磁磁力带动动触头的电磁吸力的求解方程为：

式中：

K ――物体的动能，

q ――广义坐标，系统内每个部件的位置和方位

ψ――系统的约束

λ――拉格朗日乘子

F ――建立的动力学模型中物体所收的力线

通过分析上述电路方程及机械动力学方程，分析线圈中通过电流时铁心受到的电磁吸力及可动部分的运动，可以定义电流i、气隙间距δ决定的电磁吸力Fx，且根据不同时刻的各变量通过迭代校正约束，逐步达到收敛条件时的各项瞬时数据。

ADAMS根据得到的一系列数据，建立系统的朗格郎日运动方程，对包括各动静触头、辅助触头等物体列出带乘子的约束方程来求解，即可建立各部分的包括位移、速度、加速度、状态等物理量的机械系统模型。

四、结语

1.使用了ADAMS、Pro/E软件构建操作机构模型能够全面的考虑运行情况中的电、磁、机械等方面的参数。

2.通过与制作样机进行的试验对比，采用建立模型的方式与实际试验的闭合过程基本一致，实现完全的替代，缩短研发周期、节省试验费用。

参考文献：

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