[发明专利]智能交直流电磁电器设计方法

摘要

本发明涉及一种智能交直流电磁电器设计方法，建立含不同结构、形状、材料的电磁系统和触头系统的开放式后台数据库，根据开断电流大小对反力和触头形状的需求设计反力系统和触头系统，再根据反力系统设计满足要求的电磁系统，并进行多物理场耦合的仿真分析与结构的优化设计；利用多软件的联合调用，将电力电子电路与电磁电器本体间的多物理场耦合关系引入到动态计算中，进行智能控制模块与电器本体非线性时域的单位时间步长闭环仿真；建立电弧磁流体动力学模型，根据触头运动轨迹，结合动态网格技术，分析不同分断控制方案下电弧运动情况，同时根据不同时刻，不同触头行程下电弧参数分布情况获取分断过程电弧等效模型，分析电弧能量。本发明真正意义上实现带过程控制与多场耦合的电磁电器虚拟样机的一体化仿真系统的构建。

主权项

一种智能交直流电磁电器设计方法，其特征在于：包括如下步骤，S1：根据系统对开关的要求，启动后台数据库，进行智能交直流电磁电器的选型，包括电磁系统选型、触头系统选型，所述后台数据库包括存储有电子模块相关数据的第一数据库、存储有各种电磁系统相关数据的第二数据库和存储有触头系统相关数据的第三数据库；S2：选型方案确定后，进行电磁系统参数、触头系统参数设置；S3：进行电磁系统的静态特性与动态特性计算，由此得出电磁系统的相关特性参数；S4：采用热路计算方法计算触头回路的运行温升情况，同时，对样机的电动稳定性进行计算和验证，由此分析触头系统的运行情况；S5：根据步骤S3和S4获得的电磁系统和触头系统的相关特性参数，进行整体性能指标分析，若分析结果满足要求，确定产品样机参数，并执行步骤S6；否则，返回步骤S2，进行参数的重新设置，直到满足要求为止；S6：提供一电器本体三维动态计算模块，该模块包括三维多体动力学仿真模块，根据产品样机参数，通过所述三维多体动力学仿真模块进行整体仿真设计；S7：通过机械动力学有限元建模方法建立电磁系统三维结构模型，并由所建模型计算不同线圈电流i、不同铁心位移x时，电磁吸力、磁路中反力和磁路中的磁链值，建立电磁吸力数组Fx(x,i)、电磁系统反力数组Ff(x)和磁路磁链数组Ψ(x,i)的二维静态表格；S8：提供一电子控制模块，该电子控制模块包括励磁控制电路和PWM闭环控制策略模块；设定单位时间仿真步长，在每个时间步长通过所述励磁控制电路向所述电器本体三维动态计算模块提供经整流后的母线电压ucoil；S9：根据前一时间步长的磁链Ψ和铁心位移x分别经查表插值获得当前时间步长的线圈电流i和电磁吸力Fx，根据前一时间步长的铁心位移x经查表插值获得当前时间步长的电磁系统反力Ff，由前一时间步长的磁链Ψ和线圈电流i获得当前时间步长的线圈电感L；S10：在每个时间步长内，线圈电感L传递给所述电子控制模块作为线圈可变负载，电磁吸力Fx和电磁系统反力Ff传递给所述三维多体动力学仿真模块，并输出运动系统位移x和速度v；S11：根据计算所得线圈电流i与所述PWM闭环控制策略模块所设计的电流做对比，改变占空比Trig，从而改变线圈激磁电压，实现优化过程控制；S12：返回S8，直到达到设定的仿真结束时间，动态改变步骤S8设定的单位时间仿真步长，实现进一步的精细化优化设计，根据仿真时间与所述PWM闭环控制策略模块所设计的吸合、吸持、分断时刻分别设定不同线圈参考电流值；S13：提供一触头加载运行分析模块，该触头加载运行分析模块包括磁流体动力学计算模块；通过所述三维多体动力学仿真模块计算获得触头运动轨迹，结合动态网格技术，通过磁流体动力学计算模块获得不同时刻、不同触头行程时电弧参数变化及分布情况，建立分断过程电弧等效模型，分析电磁电器运行过程中电弧特性；S14：提供一与后台数据库双向通信的带智能控制优化设计模块，将电器本体三维动态计算模块和触头加载运行分析模块的计算结果代入该带智能控制的优化设计模块，进行优化计算与分析。