福州大年夜学科研人员揭橥提高继电器刚柔耦合模型仿真准确度的方法

研究背景

继电器多样的运用环境导致用户对高性能继电器的需求日益增加，利用仿真方法设计和优化继电器能够降落生产本钱，提升产品设计效率。

触头弹跳引起的触点粘接和触头磨损影响继电器的利用寿命。
运用多物理场耦合仿真技能能够还原继电器的运动过程。

通过仿真方法得到样机模型的动作韶光、吸合特性、触头运动速率等等，将仿真结果作为对样机模型的初步验证，知足设计哀求后，再开模制造实物。
对付须要优化的产品，也能通过仿真方法验证优化结果是否可靠，仿真结果可以为设计师供应参考，提高设计效率。

办理的问题及意义

提出了基于ANSYS LS-DYNA与ANSYS/Maxwell和ANSYS/Simplorer的联合仿真方法，提高了继电器刚柔耦合模型的仿真准确度。
实现了励磁线圈外电路、电磁系统三维有限元模型、机器动力学模型的掌握和耦合。
提升了产品设计效率、降落生产本钱。

方法及创新点

借助ANSYS/Maxwell和ANSYS/Simplorer联合建立继电器电磁学模型。
将ANSYS/Simplorer与Simulink耦合，编写程序通过MATLAB掌握Simulink即可掌握电磁学模型。
通过基于连续介质力学的ANSYS/LS-DYNA处理簧片的非线性变形，建立刚柔耦合的机器动力学模型，利用APDL命令流实现机器动力学模型的创建，通过MATLAB掌握并调用APDL命令流文件。

由于ANSYS/LS-DYNA没有与电磁学模型数据交互的通道，通过编写MATLAB m文件建立ANSYS/LS-DYNA与电磁学模型间的数据交互通道，实现相同韶光域下三维瞬态电磁场模型和动力学模型的数据交互和动态耦合。
图1所示为联合仿真流程图。

图1 联合仿真流程图

联合仿真步骤如下：

（1）第1个步长

设衔铁初始转速为0，在第一个韶光步内，启动三维瞬态电磁学模型，将初始转速通过Simulink赋给Simplorer运动掌握器件，在此转速下，通过Simulink指令掌握电磁学模型运行一个步长后停息，并将此时的转矩曲线导出至后台文本文件中。

通过APDL中VREAD指令，将天生的转矩文件导入动力学模型，并作为衔铁的转矩载荷，在求解一个步长的韶光后停滞动力学模型，并对动力学模型进行后处理，打算在此转矩驱动下衔铁的转速，并输出至后台文本中，第一步结束。

（2）第2个步长

在第二个韶光步长开始时，通过Simulink读取后台衔铁转速值，再次赋给Simplorer运动掌握器件，掌握Maxwell中衔铁运动，得出电磁转矩曲线，再停息。
动力学模型利用ANSYS LS-DYNA的重启动功能，在上一个步长打算的根本之上，读取此时的转矩曲线，并对后台打算文件进行修正，然后进行重启动，取得下一个步长的衔铁转速。

（3）步长循环

当累积的总韶光步长达到所设定的总仿真韶光时，打算停滞。
电磁学模型在Simulink的掌握下，可在每步长任意启动和停息来刷新参数，但在ANSYS LS-DYNA根本上的动力学模型，无法停息打算刷新数据，以是采取重启动功能，在上一步长的根本上更新打算文件并重启动打算，担保打算过程的连续性。
全过程仿真掌握程序由MATLAB编写实现。

结论

采取ANSYS LS-DYNA能够实现对继电器柔性体簧片和别的刚体部件动力学仿真。
在此根本上通过MATLAB建立ANSYS-Maxwell与ANSYS LS-DYNA的数据交互接口，实现多物理场联合仿真。
通过机-电-磁多物理场耦合仿真，能够得到磁保持继电器的动态特性和触头的运动情形，提升仿真准确性和设计效率。

团队先容

该论文的作者团队鲍光海、王金鹏、和王毅龙来自福州大学电气工程与自动化学院。
研究团队卖力人鲍光海，博士，教授，长期从事电器及其系统智能化与故障诊断、故障电弧检测、机器视觉毛病检测等研究。
主持福建省科技厅工业勾引重点项目、福建省自然科学基金以及干系企业横向项目20多项；近五年产学研互助项目到校经费超过300万元；近年来揭橥学术论文50多篇，个中SCI收录8篇，EI收录5篇，得到多项发明专利授权。

本文编自2023年第3期《电工技能学报》，论文标题为“磁保持继电器多物理场耦合模型设计与触头弹跳影响成分剖析”。