[发明专利]智能接触器虚拟样机设计平台

摘要

本发明涉及一种智能接触器虚拟样机设计平台，包括选型模块，提供上位机界面，用于用户根据需求对主电路类型、控制电路类型、电磁系统类型、触头系统类型和材料类型进行选型；参数设置模块，在选型确定后，对所选类型的参数进行设置；计算模块包括电磁场计算模型，内含电磁系统动态模型、触头电动力计算模型和电路器件电磁模型三部分，通过电磁场计算模型获得不同控制方案下电磁系统包含吸合、吸持和分断全过程的动态特性，不同主电路情况下的触头系统加载时的电磁分布参数和电路及器件的电磁特性参数；分析模块，对计算模块获得的参数进行分析。本发明综合考虑了电、磁、热、机械及流体的多场耦合。

主权项

1.一种智能接触器虚拟样机设计平台，其特征在于：包括选型模块、参数设置模块、计算模块和分析模块；/n所述选型模块，提供上位机界面，用于用户根据需求对主电路类型、控制电路类型、电磁系统类型、触头系统类型和材料类型进行选型；/n所述参数设置模块，在选型确定后，对所选类型的参数进行设置；/n所述计算模块包括电磁场计算模型，内含电磁系统动态模型、触头电动力计算模型和电路电磁模型三部分，通过电磁场计算模型获得不同控制方案下电磁系统包含吸合、吸持和分断全过程的动态特性，不同主电路情况下的触头系统加载时的电磁分布参数和电路及器件的电磁特性参数；/n所述分析模块，对计算模块获得的参数进行分析；/n所述电磁场计算模型中，/n电磁系统动态模型通过线圈电感实现与控制电路的耦合，实现本体与不同类型激励源的多物理场耦合，是多物理场耦合模型的基础模型，为其他物理场提供了各个模型所需要的参数；/n触头电动力计算模型用于获取触头系统在加载不同类型主电路情况下的电流收缩、电动力及电磁场分布情况；/n电路电磁模型通过建立器件模型获得器件的电磁参数，再通过建立电路系统模型获得电路的磁场分布及损耗情况；/n在所述电磁场计算模型的基础上，所述计算模块建立对应部件的温度场计算模型，通过对应的损耗和温度参数的相互耦合，从而获得各部件的温升参数和分布情况；/n在所述电磁场计算模型的基础上，所述计算模块建立接触器多体动力学计算模型，包括触头系统、电磁系统及反力弹簧系统，通过吸力、反力参数的耦合，获得产品运动、碰撞过程中的位移、弹跳、形变及疲劳情况；/n在所述电磁场计算模型和多体动力学计算模型的基础上，所述计算模块获得铁芯与触头的运动轨迹及磁场分布，结合电弧的场域研究，分析电弧的动态运动及触头的腐蚀磨损情况，建立接触器吸合过程与分断过程的运动电弧计算模型，从而获得触头电弧的能量及运动轨迹；/n在所述电磁场计算模型的基础上，所述计算模块通过耦合器件的电磁参数建立全电路仿真模型，从而进行电路的电磁干扰、噪声频响特性及谐波的傅里叶分析；/n建立含不同类型的主电路和控制电路模型，不同结构、材料的电磁系统与触头系统模型的数据库，根据触头分断电流等级设计触头系统和反力系统，再根据反力系统和电路方案设计满足设计需求的电磁系统，最后通过多物理场耦合仿真考核设计的产品的工作特性；/n所述电磁系统和触头系统的动力学计算流程包括以下步骤：/n步骤A1：在设定的大气隙情况下，通过电磁有限元软件计算在大气隙情况下电磁系统运动过程并获取相关数据；在判定电磁系统运动至小气隙情况后，电磁吸力计算切换到磁路计算程序，并与动力学软件交互数据，获取电磁机构碰撞过程中的各种数据；/n步骤A2：对刚体进行柔性化处理，获得电磁系统和触头系统在运动过程中的应力、应变参数，对铁心以及分磁环进行疲劳分析，对不同的触头材料的机械特性进行对比，以此作为触头材料选取的参考指标，并在此基础上进行二次开发；/n还包括整机温升以及触头电动力程序，包括以下步骤：/n步骤B1：通过有限元软件对吸持状态下的触头系统进行静力学分析，获取触头接触表面接触单元的接触力的分布情况，根据触头表面接触单元的受力情况对触头表面的接触情况进行分析并计算接触点的几何形状和分布；/n步骤B2：根据步骤B1的分析结果，对触头系统重新建模；/n步骤B3：通过热力学有限元软件和电磁学有限元软件分别计算触头系统吸持状态下的温升和电动力；/n在步骤B3之后，通过电磁学有限元软件与热力学有限元软件联合调试，以电磁学有限元软件计算得到的涡流和电流参数为热力学软件的源，在考虑电磁系统各个部件之间的热耦合问题下，计算得电磁系统在吸持情况下的温升，在考虑了电磁系统与触头系统之间的热传导情况下，计算出整机温度分布情况。/n