本文關鍵詞：高壓直流大功率繼電器觸頭動熔焊現(xiàn)象研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：統(tǒng)計表明接觸系統(tǒng)失效是電磁繼電器最主要的失效模式,而接觸系統(tǒng)失效中60%以上為觸頭粘接失效。導致觸頭粘接失效的主要原因是繼電器閉合過程中觸頭發(fā)生機械回跳從而引起“液橋回跳”和“電弧回跳”,伴隨回跳過程中產(chǎn)生的高溫,動、靜觸頭材料出現(xiàn)局部熔化區(qū)域。熔化區(qū)域在最終穩(wěn)定閉合時會重新凝固而發(fā)生熔焊。當繼電器觸頭需要再次分斷時,如果電磁系統(tǒng)提供的電磁力小于熔焊力,繼電器無法正常分斷,即發(fā)生動熔焊。因此,本文針對繼電器觸頭動熔焊機理和熔焊力展開仿真分析與實驗研究,提出熔焊力數(shù)值預計方法,獲得觸頭分合過程中不同因素對熔焊力的影響規(guī)律。熔焊區(qū)域的體積是進行熔焊力數(shù)值預計的前提,因此,需要確定特定的電弧電壓與電流條件下,電弧回跳引起的動熔焊區(qū)域體積。根據(jù)磁流體動力學理論(MHD)建立回跳電弧電、熱作用下陰極觸頭與陽極觸頭表面熔池形成過程的數(shù)學模型,并利用FLUENT軟件建立相應的仿真模型。通過模型求解,得到熱力學平衡條件下熔池最終尺寸與體積,該熔池最終體積即為熔焊區(qū)域的體積。然后,利用Marc有限元軟件建立基于固體力學理論的觸頭熔焊力仿真模型,計算得到觸頭熔焊力預計值。首先,根據(jù)熔焊區(qū)域體積和尺寸建立熔焊區(qū)域幾何模型,設置觸頭材料的密度、楊氏模型以及屈服強度等物理屬性,確定動熔焊區(qū)域的固定約束與加載條件。然后,采用網(wǎng)格自動重分和自適應技術相結合的動網(wǎng)格技術實現(xiàn)熔焊區(qū)域拉斷過程中的形變模擬。最后,基于完全牛頓-拉夫遜迭代算法和Von Mises屈服準則得到熔焊區(qū)域拉斷時應力,根據(jù)拉斷應力確定動熔焊力的預計值�；谠撃Ｐ脱芯縿尤酆竻^(qū)域體積變化,熔焊區(qū)域體積恒定但形狀變化,以及熔焊區(qū)域形狀不變但屈服強度改變等三種情況下熔焊力預計值的變化規(guī)律。利用該規(guī)律解釋了某型號產(chǎn)品熱處理不完全導致的熔焊失效問題。根據(jù)觸頭動熔焊力的時域特征設計并開發(fā)熔焊力測試系統(tǒng)、分析算法及程序。該系統(tǒng)采用響應快且耐高溫的壓電式動態(tài)力傳感器直接安裝于靜觸頭后測試熔焊力;采用電荷—電壓轉換電路進行力信號調(diào)理與放大;采用高速A/D板卡記錄熔焊力的動態(tài)波形。為了研究動熔焊力與觸頭動態(tài)特性及回跳特性之間的關系,系統(tǒng)采用高精度激光位移傳感器測試動觸頭運動及回跳過程,采用高速A/D板卡記錄動觸頭的“位移—時間”關系。最后,進行整體機械裝置優(yōu)化以保證系統(tǒng)的絕緣性以及力學穩(wěn)定性。最后,利用該實驗系統(tǒng)研究觸頭開距、磁吹強度以及觸頭分斷速度等分斷參數(shù)對于觸頭動熔焊力的影響規(guī)律。通過控制觸頭開距、磁吹強度以及分斷速度三個因素單獨變化,研究各因素對熔焊力分布的影響規(guī)律。采用正交實驗方法設計三因素三水平實驗方案,研究給出三種因素對熔焊力影響顯著度順序,為高壓直流繼電器進行抗熔焊失效設計提供依據(jù)。本文所建立的熔焊力預計模型及方法,以及通過實驗得到的各種因素對熔焊力的影響規(guī)律等,可用于指導繼電器產(chǎn)品抗熔焊設計,對提高繼電器可靠壽命有一定的實用價值。
【關鍵詞】：電磁繼電器 動熔焊 熔焊力預計模型 熔焊力特性
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM58
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 課題的研究背景及目的和意義11-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容16-18
• 第2章 回跳電弧作用下觸頭熔池特性仿真及熔化體積計算分析18-25
• 2.1 引言18
• 2.2 回跳電弧作用下觸頭熔池仿真模型的建立18-22
• 2.2.1 觸頭熔池磁流體動力學模型18-20
• 2.2.2 熔化體積計算模型20
• 2.2.3 幾何模型和計算網(wǎng)格20-21
• 2.2.4 邊界條件設置21-22
• 2.3 仿真結果及分析22-24
• 2.3.1 觸頭熔池特性仿真結果22-24
• 2.3.2 回跳電弧形成的熔化體積計算結果24
• 2.4 本章小結24-25
• 第3章 觸頭動熔焊力預計及其特性的研究25-42
• 3.1 引言25
• 3.2 熔焊區(qū)域彈塑性變形過程的應力計算模型25-29
• 3.2.1 彈塑性變形過程的有限元模型25-27
• 3.2.2 觸頭熔焊區(qū)域拉伸過程彈塑性變形的描述方法及判定準則27-28
• 3.2.3 熔焊區(qū)域的彈塑性變形有限元計算流程28-29
• 3.3 觸頭熔焊區(qū)域仿真模型建立29-35
• 3.3.1 幾何模型的建立29-30
• 3.3.2 初始狀態(tài)下熔焊區(qū)域的網(wǎng)格劃分30
• 3.3.3 熔焊區(qū)域拉伸過程自適應動網(wǎng)格技術30-32
• 3.3.4 熔焊區(qū)域本構方程的加載32-33
• 3.3.5 熔焊區(qū)域接觸分析33-34
• 3.3.6 應力參考標準的選擇34-35
• 3.4 繼電器觸頭熔焊力仿真結果與分析35-39
• 3.4.1 典型熔焊區(qū)域的熔焊力結果35-36
• 3.4.2 熔焊區(qū)域體積對熔焊力特性的影響36-37
• 3.4.3 熔焊區(qū)域形狀對熔焊力特性的影響37-38
• 3.4.4 屈服強度對熔焊力特性的影響38-39
• 3.5 實際電弧回跳條件下熔焊力預計結果39-40
• 3.6 本章小結40-42
• 第4章 高壓直流大功率繼電器觸頭熔焊力測試系統(tǒng)42-54
• 4.1 引言42
• 4.2 熔焊力測試系統(tǒng)總體設計42-43
• 4.3 熔焊力采集模塊設計43-49
• 4.3.1 力傳感器量程選擇43-44
• 4.3.2 力傳感器遲滯問題分析44-47
• 4.3.3 力傳感器裝配機構的設計47-49
• 4.4 回跳特性測試模塊設計49-51
• 4.5 整體機械結構優(yōu)化設計51-52
• 4.6 本章小結52-54
• 第5章 高壓直流大功率繼電器觸頭熔焊力實驗分析54-70
• 5.1 引言54
• 5.2 熔焊力信號提取方法54-59
• 5.2.1 熔焊力幅值計算方法54-57
• 5.2.2 空載條件下的測試結果57-58
• 5.2.3 典型條件下熔焊力測試結果58-59
• 5.3 熔焊力仿真與實驗結果對比分析59
• 5.4 主要分斷因素對熔焊力的影響規(guī)律分析59-65
• 5.4.1 觸頭開距對熔焊力的影響59-63
• 5.4.2 磁吹強度對熔焊力的影響63-64
• 5.4.3 觸頭分斷速度對熔焊力的影響64-65
• 5.5 各因素耦合作用對熔焊力影響顯著度分析65-69
• 5.6 本章小結69-70
• 結論70-71
• 參考文獻71-76
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術成果76-78
• 致謝78

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本文編號：454620