振动条件下交流接触器的动态特性研究及失效机理分析

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交流接触器是一种用于远距离频繁接通和分断交流主电路以及中大容量用电设备的可控开关电器。随着新型电力设备的投入,包括接触器在内许多电器产品所处的工作环境较为恶劣,其中振动是一项较为常见的客观存在因素,在振动环境下接触器是否能够稳定可靠运行直接关系着电力设备的安全性。吸合过程中的动态响应特性是反映交流接触器可靠性的重要性能指标,深入研究振动对交流接触器动态特性的影响并深入分析其失效机理有着重要意义。本文针对振动条件对接触器电磁机构性能退化的影响进行分析,旨在研究振动条件下交流接触器的失效机理问题。首先,利用Ansys Maxwell软件建立了接触器电磁机构的3D有限元模型,并在此基础上设计了一种混合式交流接触器动态仿真模型。在瞬态磁场有限元仿真计算的基础上,通过机械动力学运动方程对吸合末阶段进行二次求解,不仅提高了瞬态磁场仿真模型的计算效率,同时实现对关键动态特性更准确地求解及分析。其次,基于混合仿真模型对交流接触器电磁机构在吸和过程中的动态特性进行研究,在仿真计算的工作参数基础上建立能量分布模型。由于动静铁芯碰撞能量的大小会对触头特性产生一定的影响,进而影响交流接触器的电气耐久性和整体性能。从能量转换研究的角度对电磁机构的吸合过程进行分析,通过不同合闸相角下吸合过程中的各能量分布的计算分析,对接触器电磁机构不同动态特性进行研究。随后,进行了常规和振动环境下接触器动态特性对比试验。为了验证仿真模型计算的正确性并为进一步分析振动对交流接触器动态特性的影响,设计并搭建了交流接触器动态特性试验平台,利用该测试系统分别在常规和振动环境下进行交流接触器动态特性试验,实现了对吸合过程中交流接触器的特征参数信号的实时测量以及多动态参数的提取及在线计算,也为后续研究振动条件下交流接触器的失效机理分析提供了数据支持。最后,从机理分析角度出发研究振动对交流接触器动态性能的影响。将振动作为一项额外输入能量加入接触器电磁机构吸合过程中的能量分布模型,计算分析在不同形式的振动下交流接触器电磁机构的稳态响应。通过研究振动对铁芯碰撞能量产生的影响,进而分析振动环境下交流接触器动态响应参数的变化,实现从机理角度有效地反映和解释振动条件对交流接触器动态性能参数产生的不确定性影响。
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