多簧片结构的磁保持继电器多物理场刚柔耦合仿真模型建立和实验分析.pdfVIP

2024年5月电工技术学报Vol.39No.10

第39卷第10期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYMay2024

DOI:10.19595/ki.1000-6753.tces.230381

多簧片结构的磁保持继电器多物理场

刚柔耦合仿真模型建立和实验分析

1,21,223

赵靖英李宁张雪辉赵正元

（1.河北工业大学电气工程学院天津300401

2.河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300401

3.西安铁路信号有限责任公司西安710010）

摘要多簧片结构的磁保持继电器衔铁转动引起的触点碰撞、弹跳现象使运动过程复杂，静、

动态特性理论分析和仿真模型建立困难。以某型号多簧片结构的磁保持继电器为研究对象，理论

分析结构拓扑及工作机理，考虑触点间切入深度，引入狄拉克函数和赫维赛德函数，解决簧片受

力分散及触点由于碰撞、弹跳引起的作用力不连续问题；将簧片等效为悬臂梁，基于欧拉-伯努利

梁理论建立触簧系统三簧片分段耦合动力学模型。利用AnsysMaxwell引入基于误差的自适应网

格划分方法求解电磁机构静态特性；考虑触簧系统簧片运动变形效应，通过ADAMS基于模态理

论，构建刚柔耦合动力学仿真模型。基于分段动力学思想，搭建电-磁-机械运动多物理场刚柔耦

合仿真模型。利用高速摄像机、电流探头等设计磁保持继电器实验方案，搭建实验平台，测试并

分析磁保持继电器触点吸合运动时间、触点压力、弹跳时间、线圈电流，并分析人工装配簧片引

起触点压力不同使继电器动作过程存在的不一致性问题，验证该文所提多簧片结构的磁保持继电

器特性分段耦合分析方法和多物理场刚柔耦合仿真模型的有效性。

关键词：磁保持继电器多簧片结构碰撞弹跳分段耦合动力学模型多物理场刚柔耦合

中图分类号：TM572

能可靠、绿色节能。

0引言

磁保持继电器结构复杂，部件间一致性较差，

“十四五”规划提出，在综合交通运输发展的各参数间配合不佳，会引起衔铁与铁心以及动、静

铁路主要指标方面，铁路营业里程将从2020年的触头间弹跳次数增多，导致电弧侵蚀与触头磨损加

14.6万km发展为2025年的16.5万km；其中高速重，严重时会产生触点熔焊粘连，引起吸合时间、

铁路营业里程将从2020年的3.8万km发展为2025吸合电压及触头压力等静、动态特性参数发生显著

年的5万km，铁路用电磁继电器的需求和发展日益变化[1]。为满足铁路、航空航天等场景下磁保持继

增加。立足于“双碳”战略，倡导绿色、环保、低电器高可靠性需求，确定理论分析静、动态特性的

碳的行为方式，传统的无磁钢电磁继电器结构简单，方法，建立静、动态特性理论与仿真模型，分析静、

线圈通断电后不具有磁保持效果，线圈长时间通电动态变化规律。

引起的电能损耗给继电器工作性能带来明显影响的近年来，国内外学者对电磁继电器等电器产品

同时，也不利于绿色发展。相比于无磁钢电磁继电的静、动态特性仿真建模与实验测试进行了大量研

器，有磁钢电磁继电器线圈通电后实现磁保持，性究。在仿真建模方面，E.Ramirez-Laboreo等基于等

效磁路法计算电