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高压直流继电器电弧运动仿真分析与实验研究

电工技术学报 2019年第22期34卷 4699-4707页

作者：曹启纯刘向军福州大学电气工程与自动化学院

电弧是影响高压直流继电器性能的重要因素,研究电弧运动特性及其灭弧措施对提高其电寿命和可靠性具有重要意义。该文基于磁流体动力学(MHD)建立了高压直流继电器电弧等离子体的三维数学模型,对不同外加磁场、不同银蒸气浓度和增设纵向... 详细信息

电弧是影响高压直流继电器性能的重要因素,研究电弧运动特性及其灭弧措施对提高其电寿命和可靠性具有重要意义。该文基于磁流体动力学(MHD)建立了高压直流继电器电弧等离子体的三维数学模型,对不同外加磁场、不同银蒸气浓度和增设纵向绝缘栅片条件下的电弧运动进行了一系列的仿真计算,得到不同条件下的电弧电压;通过计算弧根的位置坐标对电弧运动进行表征,得到弧根运动曲线。利用高速摄像机拍摄燃弧过程,对仿真结果进行验证。结果表明,触头烧蚀产生的银蒸气不利于电弧的熄灭并阻碍电弧运动;外加磁场作用下触头断开后的一段时间内,电弧在较小范围内做随机运动,是造成烧蚀的主要阶段,增大外加磁场有利于缩短随机运动时间;增设纵向绝缘栅片将提高电弧电压,加快电弧的熄灭。

关键词：电弧运动弧根磁流体动力学高压直流继电器

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高压直流继电器电磁系统设计及仿真分析

高压直流继电器电磁系统设计及仿真分析

作者：叶龙厦门理工学院

学位级别：硕士

高压直流继电器作为一种非常重要的开关控制器件在新能源汽车的电气系统中,它可以对汽车中的电路系统起到控制、切换以及保护的作用,在汽车车辆的安全性和可靠性方面有着举足轻重的地位。其中电磁系统对高压直流继电器的工作性能起到了... 详细信息

高压直流继电器作为一种非常重要的开关控制器件在新能源汽车的电气系统中,它可以对汽车中的电路系统起到控制、切换以及保护的作用,在汽车车辆的安全性和可靠性方面有着举足轻重的地位。其中电磁系统对高压直流继电器的工作性能起到了决定性的作用。因此,对高压直流继电器电磁系统的研究具有重要的理论和实际应用价值。本文基于电磁学、力学等基本理论,通过UG12.0建模、Maxwell仿真等软件对高压直流继电器的电磁系统进行设计、仿真分析以及结构优化。首先,在结合常见的高压直流继电器的特点和设计要求,把要设计的直流继电器的电磁系统确定为电磁式结构,根据高压直流继电器触点之间的耐压,计算触点间隙与超程,然后根据触点间隙和超程的数值确定动铁芯运动的总行程,再结合电磁系统反力特性设计反力弹簧和主弹簧(超程弹簧),刚度系数分别为k1=1.44N/mm,k2=20N/mm。在上述结构参数的基础上,再查阅相关理论公式,对电磁系统的线圈高度和动铁芯内径、外径和有关结构参数等数据进行理论计算,在专业三维建模软件UG12.0建立三维模型。其次,把在UG12.0建立的电磁系统模型导入Maxwell仿真软件中,通过网格划分、材料赋予和增加边界条件等步骤对电磁系统进行仿真,得到不同动铁芯截面积、不同气隙和不同电磁线圈安匝数下的磁场分布云图,接着根据电磁机构上述结构参数对电磁吸力的影响予以充分考虑,得到不同参数下的静态特性曲线,可知动铁芯截面积大小变化与电磁吸力呈线性关系变化;电磁线圈安匝数和气隙与电磁吸力呈非线性关系变化,并确定铁芯截面积、气隙和电磁线圈安匝数的最佳范围值。然后为了验证仿真数据的准确性,利用某公司的继电器测试装置对电磁系统的电磁吸力进行实验测试,通过分析对比仿真数据和测试数据,试验测试值与仿真值十分接近,仿真误差在2.25%～7.14%之间,且误差在合理范围之内,从而验证了对电磁吸力仿真的准确性。最后,通过对电磁系统触点失效原因的分析,触点间因材料的缺失使触点间隙增大,从而导致触点压力不足。然后建立自适应模糊神经网络系统,将主弹簧系统设计为主副弹簧组合式结构的动触点推进结构,每个副弹簧刚度为10N/mm,组合式弹簧属于并联效果,可以增大主弹簧系统的刚度,从而增大触点间压力,满足触点间良好的接触状态。

关键词：高压直流继电器电磁系统结构参数电磁吸力仿真分析

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高压直流继电器电磁系统的优化设计

福州大学学报（自然科学版） 2021年第3期49卷 343-351页

作者：苏伟龙许志红福州大学电气工程与自动化学院福建省新能源发电与电能变换重点实验室福建福州350108

电磁系统是高压直流继电器的关键组成部分.其中导磁部件的磁饱和情况、涡流现象及结构参数等影响着电磁系统的工作性能.针对该问题,建立继电器电磁系统有限元模型,并进行实验验证.以提高继电器吸持力、降低吸合时间为目标,利用正交试验... 详细信息

电磁系统是高压直流继电器的关键组成部分.其中导磁部件的磁饱和情况、涡流现象及结构参数等影响着电磁系统的工作性能.针对该问题,建立继电器电磁系统有限元模型,并进行实验验证.以提高继电器吸持力、降低吸合时间为目标,利用正交试验法对继电器电磁系统进行优化设计.优化过程中通过磁场法分析工作气隙磁通密度的分布情况,并结合继电器在工作过程中导磁部件的磁饱和现象,锁定动铁心横截面积、静铁心厚度和垫片厚度作为优化变量.根据正交试验方差分析法确定三者的最优水平组合与影响动态特性的显著程度.加工优化样机,并进行实验,实验结果表明,该优化方案可以有效地提高继电器吸持力、降低吸合时间.

关键词：高压直流继电器电磁仿真动态特性正交优化设计

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高压直流继电器基本介绍及触点分析

电工材料 2023年第4期 3-6页

作者：朱亚哲李亚南庄新军刘晗蒋德志冯朋飞桂林金格电工电子材料科技有限公司广西桂林541004

高压直流继电器因独特的结构和灭弧系统,具备很强的短路分断能力和安全保护功能,广泛应用于新能源汽车和充电桩领域。结合X荧光光谱和能谱分析得出:所分析的DC 750 V、250A高压直流继电器动、静触点属于同一种材料,触点材料的金相组织均... 详细信息

高压直流继电器因独特的结构和灭弧系统,具备很强的短路分断能力和安全保护功能,广泛应用于新能源汽车和充电桩领域。结合X荧光光谱和能谱分析得出:所分析的DC 750 V、250A高压直流继电器动、静触点属于同一种材料,触点材料的金相组织均匀,主要成分为Cu,剩余成分Te,含量约为0.3%。

关键词：高压直流继电器短路分断能力保护功能新能源汽车碲铜

高压直流继电器横向磁场对电弧燃烧特性的影响

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机电设备 2022年第5期39卷 9-12页

作者：张建钢姜志伟吴建高沪东中华造船(集团)有限公司上海200129

对不同磁场环境下高压直流继电器电弧燃烧的特性进行研究。基于磁流体动力学理论,使用COMSOL Multiphysics软件建立高压直流继电器电弧的二维数学模型;通过仿真计算电弧的运动情况,并且在仿真中添加不同磁场,分析不同磁场作用下电弧燃... 详细信息

对不同磁场环境下高压直流继电器电弧燃烧的特性进行研究。基于磁流体动力学理论,使用COMSOL Multiphysics软件建立高压直流继电器电弧的二维数学模型;通过仿真计算电弧的运动情况,并且在仿真中添加不同磁场,分析不同磁场作用下电弧燃烧的情况。

关键词：高压直流继电器电弧燃烧特性磁场仿真

基于Comsol Multiphysics的新型高压直流继电器电弧仿真分析

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北京化工大学学报（自然科学版） 2022年第1期49卷 90-97页

作者：史岩陈平田浩陈志忠虞展伟北京化工大学机电工程学院北京100029 宁波金宸科技有限公司宁波315506

传统直流电磁继电器采用电磁驱动方式,分断间距为2~3 mm,在工作负载增大时需增加线圈匝数,导致继电器质量增加、灭弧难度增大。为解决上述问题,采用微电机蜗轮蜗杆作为驱动机构、分断间距相比传统电磁继电器大数倍的新型高压直流继电器... 详细信息

传统直流电磁继电器采用电磁驱动方式,分断间距为2~3 mm,在工作负载增大时需增加线圈匝数,导致继电器质量增加、灭弧难度增大。为解决上述问题,采用微电机蜗轮蜗杆作为驱动机构、分断间距相比传统电磁继电器大数倍的新型高压直流继电器设计方案,并利用多物理场耦合软件Comsol Multiphysics,基于磁流体动力学(MHD)理论建立了直流继电器的二维电弧仿真模型。考虑到分断间距、电流、磁场强度以及分断速度等条件对电弧的影响,分析了不同上述条件下电弧的运动特性,得到了适定参数下较为合理的间距、工作电流、磁场强度和分断速度,为新型高压直流继电器灭弧系统的结构设计提供参考。

关键词：高压直流继电器磁流体动力学分断间距磁场强度分断速度

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高压直流继电器三维动态特性测试与仿真设计

高压直流继电器三维动态特性测试与仿真设计

作者：张开淋福州大学

学位级别：硕士

高压直流继电器作为一种具有高功率处理能力的桥式直动式双断点控制电器,被广泛应用于新能源汽车及充配电配套设备、光伏风能发电系统等领域。当存在结构设计和装配等问题时,双断点电器会出现触点接触和燃弧不平衡等现象。在实际的动作... 详细信息

高压直流继电器作为一种具有高功率处理能力的桥式直动式双断点控制电器,被广泛应用于新能源汽车及充配电配套设备、光伏风能发电系统等领域。当存在结构设计和装配等问题时,双断点电器会出现触点接触和燃弧不平衡等现象。在实际的动作过程中,继电器触头系统并非呈现单方向运动,在三维空间中还存在着其他方向的偏移。而这些偏移运动的存在势必会增大触头系统的磨损,降低继电器的使用寿命,严重时甚至会导致继电器失效。高压直流继电器工作在高电压、大电流条件下,对电磁机构和触头系统进行全方位研究,对于提高其可靠性与使用寿命具有重要意义。因此,本文将三维动态测试技术与虚拟样机技术相结合,对高压直流继电器触头系统动态特性进行三维测试与分析,并分别对弹簧系统和整机模型进行三维仿真分析,为高压直流继电器的设计、生产及装配过程的质量控制提供重要的理论指导。本文结合图像采集系统、平面镜、照明系统和固定装置,设计了一套基于虚拟双目视觉原理的三维动态特性测试平台,对测试系统的精度进行了实验验证,并分析了影响其精度的因素。利用此平台,在通以不同励磁电压的情况下对高压直流继电器桥式双断点触头系统进行测试和三维重建,得到三维动态特性曲线,并对触头运动过程进行了分析。将三维重建后的测试数据导入到Adams多体动力学软件,实现继电器触头三维运动过程的可视化。利用有限元分析方法,建立弹簧系统仿真模型,对弹簧系统在电器动作过程中的运动机理进行理论研究和仿真分析。同时使用弹簧拉压试验机对弹簧仿真模型进行了验证。通过控制变量法对不同结构参数下的弹簧进行仿真,研究不同结构参数对弹簧力学特性的影响,为全面提高产品性能奠定基础。通过电-磁-力多场耦合的方法,利用Maxwell和Adams建立高压直流继电器电磁机构和整机三维仿真模型,实现对触头系统的三维动态特性仿真与分析,为电器虚拟样机三维仿真提供了一种方法。在此基础上,本文根据有效圈数对弹簧力学特性影响,对触头弹簧进行了设计,在保证吸反力合理配合的情况下提高了触头三维运动的平稳性,对提升产品性能和寿命具有一定的意义。

关键词：高压直流继电器三维动态特性触头系统弹簧力学特性测试与仿真分析

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高压直流继电器性能模糊综合评估方法

电器与能效管理技术 2020年第9期 30-35,39页

作者：韦惠慧刘向军福州大学电气工程与自动化学院福建福州350108

为了实现对高压直流继电器性能的评估,提出基于云物元理论的模糊综合评估方法。建立高压直流继电器性能指标评估体系,考虑指标参数的随机性和其等级边界值的模糊性,利用云物元理论确定继电器性能指标的隶属度,并将改进的层次分析法和CRI... 详细信息

为了实现对高压直流继电器性能的评估,提出基于云物元理论的模糊综合评估方法。建立高压直流继电器性能指标评估体系,考虑指标参数的随机性和其等级边界值的模糊性,利用云物元理论确定继电器性能指标的隶属度,并将改进的层次分析法和CRITIC法相结合确定组合权重;根据隶属度和组合权重,得到模糊综合评估模型。最后,通过高压直流继电器性能评估实例分析,验证了方法的有效性。

关键词：模糊综合评估高压直流继电器云物元层次分析法 CRITIC法

高压直流继电器双线圈涡流斥力机构仿真优化设计

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电器与能效管理技术 2020年第9期 7-12,67页

作者：周宝石刘向军福州大学电气工程与自动化学院福建福州350108

采用双线圈涡流斥力机构取代传统电磁机构,提高触头分断速度,减小电弧侵蚀,同时减小闭合弹跳。对双线圈涡流斥力机构进行仿真优化设计,为设计新型高压直流继电器提供基础。利用解析法分析涡流斥力机构参数对动态特性的影响,利用Ansoft M... 详细信息

采用双线圈涡流斥力机构取代传统电磁机构,提高触头分断速度,减小电弧侵蚀,同时减小闭合弹跳。对双线圈涡流斥力机构进行仿真优化设计,为设计新型高压直流继电器提供基础。利用解析法分析涡流斥力机构参数对动态特性的影响,利用Ansoft Maxwell软件建立涡流斥力机构二维数学模型,与MATLAB软件结合进行联合仿真,将布谷鸟算法引入优化设计中,得到涡流斥力机构的最优参数,优化后的涡流斥力机构具有更好的动态性能。

关键词：双线圈涡流斥力机构高压直流继电器联合仿真布谷鸟算法