基于Maxwell 3D_ADAMS的交流電磁接觸器仿真分析_圖文

1、低壓電器(2010111研究與分析基于Maxwell3D/ADAMS的交流電磁接觸器仿真分析辛超。,么梅枝2,張革2,姚岐3(1.河北工業(yè)大學(xué)電器研究所,天津300130;2.天津電力公司城東供電分公司,天津300130:3.北京鐵路局北京動車組,北京102600摘要:運(yùn)用Maxwell3D和ADAMS建立交流電磁接觸器的仿真模型,完成了主辛超(1986-,觸頭系統(tǒng)的仿真。分析了吸力隨氣隙的變化、觸頭彈簧運(yùn)動,并搭建了虛擬樣機(jī)。結(jié)果女,碩士研究生,研表明,該仿真分析有助于研究接觸器的主觸頭系統(tǒng)。究方向?yàn)殡娖黝筷P(guān)鍵詞:電磁接觸器;仿真:觸頭;氣隙性。中圖分類號:TM572.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章

2、編號:1001-5531(201011-0014-03Simulation of AC Electromagnetic Contactor Based onMaxwell3D/ADAMSXIN Cha01,YAO Meizhi2,ZHANG Ge2,YAO Qi3(1.Electrical Appliance Institute,Hebei University of Technology,Tianjin300130,China;2.East Urban Branch,Tianjin Electric Power Company,Tianjin300130,China;3.Beijing Ra

3、ilway Bureau Beijing EMU,Beijing102600,ChinaAbst隋ct:The simulation model of AC electromagnetic contactor wa8built by Maxwell3D and ADAMS software,and the main contact system was simulated.The variation of attraction according to air gap and the motion of contact spring were analyzed,and the virtual

4、prototype was set up.The results showed that the simulation could help research of main contact system of eontactor.Key words:electromagneticcontactor;simulation;咖僦;air gap0引言1電磁機(jī)構(gòu)的建模及仿真交流接觸器是一種自動控制電器,廣泛應(yīng)用于自動控制電路,電磁系統(tǒng)和觸頭系統(tǒng)是其主要的運(yùn)動部分,可靠性的高低直接影響了整個(gè)接觸器的性能。因此,對電磁機(jī)構(gòu)和觸頭進(jìn)行仿真分析,具有一定的研究意義。文獻(xiàn)24中采用了ANSYS軟件實(shí)現(xiàn)對交流

5、電磁接觸器三維模型的建立;文獻(xiàn)5中采用了UG軟件建立了錐齒輪的三維模型,但尚未見到用UG軟件建立交流電磁接觸器的三維模型。本文以CJX2401l交流電磁接觸器的主觸頭系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)為研究對象,利用Maxwell3D、UG與ADAMS軟件聯(lián)合進(jìn)行接觸器的動作仿真研究。1.1電磁機(jī)構(gòu)的三維模型CJX24011型交流接觸器的電磁機(jī)構(gòu)的模型如圖1所示。通過Maxwell3D軟件對其實(shí)體進(jìn)行建模,主要包括動鐵心、靜鐵心、線圈、分磁環(huán)和求解區(qū)域。線圈電壓為220V、50Hz交流電,匝數(shù)為2315。對建立的電磁機(jī)構(gòu)賦予材料屬性,設(shè)置其求解區(qū)域?yàn)榭諝?輸入B一日曲線來定義靜鐵心和動鐵心的材料(冷軋無取向硅鋼疊

6、片DW36050;線圈和分磁環(huán)的材料設(shè)置為銅。Maxwell3D軟件進(jìn)行網(wǎng)格剖分的方法有自動、自適應(yīng)和手動剖分。軟件建議用戶自己手動么梅枝(1957,女,助理工程師,研究方向?yàn)槌鞘修D(zhuǎn)供電對企業(yè)和社會良性發(fā)展的影響。張革(197l一,男,工程師,主要從事需求側(cè)管理、線損管理。 一14一研究與分析低壓電器(2010/loll 圖1電磁機(jī)構(gòu)模型剖分,能夠更加準(zhǔn)確地進(jìn)行靜態(tài)特性的分析。圖2是通過手動剖分后的結(jié)果,定義動、靜鐵心網(wǎng)格的最大邊長為3.5mm,線圈的網(wǎng)格最大邊長為7mm,分磁環(huán)的為1mm。 圖2網(wǎng)格剖分后的模型對于邊界條件的設(shè)置,在用戶定義邊界條件之前,系統(tǒng)自動地將物體問的交界面定義為自然邊

7、界條件,所有外邊界條件定義為諾依曼邊界條件。自然邊界條件是指跨越物體之間界面磁場強(qiáng)度日的切向分量和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的法向分量是連續(xù)的;諾依曼邊界條件是指磁場日與表面邊界相切,強(qiáng)制磁場強(qiáng)度的法向分量為0。本文對模型施加系統(tǒng)默認(rèn)的邊界條件舊J。1.2靜態(tài)仿真在線圈上加以220V電壓激勵(lì)進(jìn)行靜態(tài)特性仿真。得到的磁場分布及磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量云圖如圖3所示。圖中,矢量箭頭代表曰在動、靜鐵心中的大小和方向,可以看出大部分的8通過動靜鐵心,從而構(gòu)成主磁路,鐵心中柱和旁柱之間的漏磁較多,并且接近氣隙的漏磁,呈現(xiàn)擴(kuò)散現(xiàn)象。圖3三維磁場分布及磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量云圖由于靜態(tài)特性只是在某一位置時(shí)的吸力值,為了得到不同位置對應(yīng)的吸

8、力,在仿真之前對氣隙大小進(jìn)行參數(shù)化,從而簡化了仿真次數(shù)。經(jīng)Maxwell 3D軟件電磁計(jì)算,氣隙從0mm變化到7.1mm時(shí)的靜態(tài)吸力值如表l所示。表1吸力y隨氣隙石的變化1.3動態(tài)仿真進(jìn)行動態(tài)仿真前,給動鐵心施加反力特性,然后在線圈上給定激勵(lì)源,本例給出電壓為220V,合閘相角為30。時(shí)的動態(tài)特性曲線。圖46分別為仿真時(shí)間為50ms的磁鏈曲線、銜鐵位移曲線和吸力曲線?？梢郧宄乜吹?電磁機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程,并且可得到觸動時(shí)間為8腳。圖4磁鏈曲線圖5銜鐵位移曲線圖6磁吸力曲線一15伽姍珊瑚啪低壓電器(2010Noll研究與分析2虛擬樣機(jī)的建立2.1建模注意事項(xiàng)根據(jù)交流接觸器材料的剛度與強(qiáng)度,以及各個(gè)部

9、件的尺寸等要求,利用UG NX和ADAMS聯(lián)合建立交流接觸器的虛擬樣機(jī)。建模過程中還應(yīng)注意單位的設(shè)定。因?yàn)橐cADAMS結(jié)合,“nlm,kg,N,”的單位制是一種比較理想的選擇【7J,所以將默認(rèn)單位設(shè)置為“mm, kg,N,”,這樣可省去不少的麻煩。本文ADAMS仿真主要研究交流電磁接觸器的主觸頭系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)。2.2虛擬樣機(jī)模型UG具有強(qiáng)大的三維建模功能,根據(jù)交流電磁接觸器的結(jié)構(gòu)及材料屬性,完成UG中的最終模型主要分為零部件模型的建立和整體裝配。導(dǎo)入ADAMS后進(jìn)行的具體操作為:設(shè)置工作環(huán)境;創(chuàng)建運(yùn)動副(Joints;柔性連接;設(shè)置動靜鐵心之間的接觸力。按照上述步驟,建立的虛擬樣機(jī)模型如圖7

10、所示。圖7虛擬樣機(jī)模型2.3動作仿真交流電磁接觸器韻工作過程:接觸器動觸頭固定在絕緣支架上,絕緣支架又與活動銜鐵相連。當(dāng)接觸器的電磁線圈接通電源,會產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場,銜鐵上呈現(xiàn)電磁吸力,銜鐵、支架、動觸頭三者一起動作(常閉斷開,常開閉合。進(jìn)入ADAMS環(huán)境對CJ(2401l型交流電磁接觸器主觸頭系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間50 ms、步長100的動作仿真。由圖8觸頭彈簧的運(yùn)動過程可見,開始觸頭一16一彈簧不作用,在約7ms時(shí),觸頭彈簧的反力剛剛開始作用,銜鐵則會繼續(xù)向下運(yùn)動。對于動觸頭而言,觸頭彈簧所發(fā)生的形變量即動觸頭產(chǎn)生的超程。由圖9中接觸器的3個(gè)動觸頭運(yùn)動情況可見,在觸頭剛剛碰撞時(shí),觸頭存在一定

11、的跳動。由圖8、9中可看出,接觸器的觸動時(shí)間約為8ms,與在Maxwell3D中仿真得到的結(jié)果相近。圖8觸頭彈簧的運(yùn)動過程圖9動觸頭的位移變化3結(jié)語本文實(shí)現(xiàn)了在Maxwell3D中對交流接觸器電磁機(jī)構(gòu)的靜動態(tài)特性的仿真,并且在UG中建立交流電磁接觸器的模型,通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換將模型導(dǎo)入ADAMS中,然后在ADAMS中完成了虛擬樣機(jī)的動作仿真研究。這對研究接觸器主觸頭系統(tǒng)及電磁系統(tǒng)性能提供了有益的幫助,既提高了工作效率,又減少了設(shè)計(jì)費(fèi)用?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1郭仲禮,于曰浩,吳壽生.低壓電工實(shí)用技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998. (下轉(zhuǎn)第28頁 基于Maxwell 3D/ADAMS的交流電磁接觸器仿真分

12、析作者:辛超, 么梅枝, 張革, 姚岐, XIN Chao, YAO Meizhi, ZHANG Ge, YAO Qi作者單位:辛超,XIN Chao(河北工業(yè)大學(xué),電器研究所,天津,300130, 么梅枝,張革,YAOMeizhi,ZHANG Ge(天津電力公司,城東供電分公司,天津,300130, 姚岐,YAO Qi(北京鐵路局北京動車組,北京,102600刊名: 低壓電器英文刊名:LOW VOLTAGE APPARATUS年,卷(期:2010(11參考文獻(xiàn)(7條1.郭仲禮;于曰浩;吳壽生低壓電工實(shí)用技術(shù) 19982.榮命哲;婁建勇;王小華永磁式接觸器動觸頭動作特性仿真分析與試驗(yàn)研究期刊論文-中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)2005(013.WADA M;KITAIDE H Y Dynamic analysis and simulation of electromagnetic contactors with AC solenoids 20024.王峰;蘇秀蘋;