本發(fā)明公開了一種考慮熱場作用的接觸器彈跳特性計算方法，所述方法首先建立接觸器的熱場數(shù)學模型、電磁特性數(shù)學模型、振動碰撞力學模型；然后建立接觸器的熱場有限元模型、電磁有限元模型及振動碰撞動力學數(shù)值模型；將接觸器的熱場有限元模型、電磁有限元模型及振動碰撞動力學數(shù)值模型分別命名為熱場模塊、電磁模塊、振動碰撞模塊，依據(jù)電?磁、電?磁?熱、電?磁?結構場間的作用關系數(shù)據(jù)交互方式，在MATLAB/Simulink中進行模塊連接；最后依據(jù)電?磁?熱?結構多物理場模型計算出接觸器的彈跳特性。本發(fā)明對完善接觸器彈跳模型建立、深入開展接觸器多物理場耦合計算及彈跳機理研究具有關鍵意義。

技術領域

本發(fā)明涉及一種接觸器考慮其結構熱場作用的彈跳特性計算方法，具體涉及一種接觸器的電-磁-熱-結構多物理場彈跳特性計算及動態(tài)特性分析方法。

背景技術

接觸器常被用于控制電力負載，承擔著電路通斷、電壓釋放保護等重要作用。由于接觸器使用多匝線圈，且其長時間工作會導致結構溫升發(fā)生明顯的變化，進而影響接觸器線圈電阻及其導磁材料的磁飽和程度而使電磁力產生變化，嚴重影響接觸器的工作狀態(tài)和彈跳特性。對發(fā)熱不明顯或工作溫度接近常溫的接觸器來說，因忽略溫度而產生的計算誤差極小。近年，接觸器自身工作功率的增加導致其結構發(fā)熱量增大，忽略溫度而產生的計算誤差也越來越明顯。通斷過程中的沖擊碰撞問題本身具有的瞬時非線性，加上接觸器結構溫升變化影響，使接觸器多物理場耦合運動狀態(tài)及彈跳特性變的更復雜。

傳統(tǒng)的接觸器彈跳特性分析或溫度場分析，集中于電磁-結構、電磁-熱場耦合研究，并沒有涉及復雜的動作過程與其電、磁、熱多物理場耦合求解動態(tài)特性。因此，建立考慮熱場的接觸器電-磁-熱-結構模型對完善接觸器的多物理場分析和彈跳機理研究具有重要的價值，且研究思路和耦合計算方法對類似結構熱影響不能忽略的其他電器具有借鑒作用。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種考慮結構熱場作用的接觸器彈跳特性計算方法，該方法基于熱場特性數(shù)學模型、電磁特性數(shù)學模型、振動碰撞力學數(shù)學模型，通過分式建模和模塊化實現(xiàn)接觸器電-磁、電-磁-結構、電-磁-熱多物理場間的各節(jié)點數(shù)據(jù)實時交換。本發(fā)明對完善接觸器彈跳模型建立、深入開展接觸器多物理場耦合計算及彈跳機理研究具有關鍵意義。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種考慮結構熱場作用的接觸器彈跳特性計算方法，包括如下步驟：

步驟一、建立熱場模塊，具體步驟如下：

第一步、模型簡化：建立2D接觸器的熱場模型；

第二步、邊界條件：

接觸器電磁結構瞬態(tài)熱場分布：

式中，ρ表示材料的密度；c表示材料的比熱容；x，y，z分別代表三個不同的方向；K_x、K_y、K_z分別表示材料各個方向上的熱導率；T表示溫度；q表示發(fā)熱功率；n_v表示邊界面上的法向量；S₁表示邊界面；v(x,y,z)表示邊界面上熱流密度；α_h表示綜合考慮對流、輻射得出的表面散熱系數(shù)；T₀表示室溫；K_t表示材料的熱導率；T_t0表示初始時刻的溫度；t表示時間；

對流傳熱系數(shù)：

式中：Nu為平均努塞爾數(shù)；C和n_c為常系數(shù)，其值由流體的流動狀態(tài)及表面形狀確定；Gr為格拉曉夫數(shù)；Pr為普朗特數(shù)；g為重力加速度；α_v表示體積膨脹系數(shù)；ΔT表示邊界面溫度差；H為特征尺寸；v_m為流體的運動粘度；h為對流傳熱系數(shù)；λ為氣體的熱導率；

輻射散熱：