交流电磁机构三维动态特性有限元仿真分析

发布时间:2016-11-15 16:58:28  来源:南宁市神华振动时效技术研究所  作者:神华振动时效

0 引言

       电磁机构是电磁式电器的重要核心部件,它将电磁能转换为机械能以实现电磁式电器开关的动作, 其动态特性反映电磁式电器的实际工作过程与状态变化,对电磁式电器的性能及可靠性具有决定性作用。目前,国内外已有不少文献对电磁机构动态特性进行了深入研究。文献[2~6]结合磁路和电路模型,采用龙格库培法求解微分方程分析电磁机构的动态过程:文 献[7]提出一种基于空间映射原理的转动式电磁机构静态特性快速计算方法:文献[8,9]采用ANSYS计算电磁机构的磁场分布和静态吸力特性。文献[10,11]提出利用ANSYS仿真电磁机构静态吸力后再用Adams对街铁运动过程进行仿真:文献[12]结合ANSYS与 Adams软件对电磁机构衔铁弹跳进行仿真分析;其中,文献[2~6]磁路法是一种二维磁路简化计算,无法精确反映三维下的动态特性,计算结果误差较大:文献[7~9]分析电磁机构的静态特性,但电磁机构的静 态特性与动态特性相差甚远,衔铁在运动过程中只存在动态吸力而不存在静态吸力,只奋动态过程才表征电磁机构动作时的真实过程:文献[10,11]均使用有限元法建立交流接触器三维静态模型,通过离散的静态计算结果来组成交流接触器电磁机构动态过程,本质上还是属于静态吸力特性计算:文献口2]对电磁机构动态分析更进了一步,考虑了铁心弹跳对触头弹跳带来的影响。随着计算机技术与电磁场数值计算的快速发展,有限元法也成为电磁场分析的主流方法,早期应用于电磁机构动态研究的磁路法己逐渐被有限元法代替,工维有限元法也大多被三维有限元法所代替,克服了磁路等效磁场、二维等效三维所带来的误差,计算结果更加精确且立体直观[13] 因此,将三维有限元法应用于电磁机构的动态特性仿真分析, 通过仿真结果确定和调整电磁 机构参数,使之成为电磁机构设计中至关重要的一个环节,有助于在产品开发早期实现电磁机构的最优化设计,并为之后的工艺改进与智能控制策略提供理论依据,从而大幅度提高电磁式电器产品的性能,缩短产品的开发周期。基于三维有限元数值计算的大型电磁场分析软件主要有ANSYS、COMSOLMultiphysics等,采用ANSYS对电磁机构磁场分布与静态特性进行仿真分析的文献报道较多,但若要增加衔铁运动过程的仿真分析必须结合其他动力学软件,如Adams。而COMSOL Multiphysics致力于多物理场的稿合分析,无需借助其他软件就可实现力场、位移场、速度场、电磁场等多场稿合计算,目前尚未见采用COMSOL软件对电磁机构进行动态特性仿真分析的相关文献报道。因此,本文将在COMSOL Multiphysics 5.0环境下,建立E型电磁机构三维动态过程仿真模型,进行动态特性有限元计算分析,并且详细分析了激磁电压初相角与线圈臣数对激磁电流、电磁吸力及动态过程的影响。
 
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3 结束语
       本文提出一种基于COMSOL 5.0软件的三维交流电磁机构仿真模型建立方法,将电、 磁、机械等多物理场进行全稿合有限元计算,分析交流电磁机构的三维动态过程,利用动态网格功能,可以在三维视图下直观观察衔铁整个运动过程,同时详细分析了线圈电压初相角与线圈臣数对电磁机构动态过程的影响。该模型无需联合多个软件实现仿真,简单高效,目前尚未见相关文献报道,可为他入提供较好的借鉴与参考。该模型对于电磁机构的优化设计、产品工艺改进及后续的智能控制具有重要参考价值,尤其是在电储机构设计的初期,利用仿真结果指导设计过程,有助于提高设计质量,缩短设计 周期。
 
 
 
 

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