高压电磁继电器优化设计及研制

发布时间：2020-04-30 02:19

【摘要】：高压电磁继电器在高电压大功率的电源设备及系统中承担着控制、电路转换、安全接地等重要功能,发挥着半导体开关所不能替代的作用。针对传统高压电磁继电器存在耐压值低、工作振动噪声大、线圈温升严重等缺点,从整体设计、局部优化、直流供电运行及可靠性测控平台开发方面对高压电磁继电器进行了深入的研究。在高压电磁继电器设计上,依据触头耐压、释放时间、接触电阻等关键参数对高压电磁继电器进行整体的初步设计,并采用Ansoft Maxwell进行电磁机构的三维有限元动态仿真,得到了设备的特性参数,验证了设计的可行性,同时分析了分磁环对于电磁铁交流供电状态下的减振作用及其发热情况。对于高压电磁继电器的优化以文中的初步设计为基础,分别从低压侧电磁系统和高压侧触头两方面进行局部优化。对低压侧应用多目标遗传算法优化其体积和线圈的功率,得到最优解集并挑选适当结果,在体积几乎不变情况下降低28%的线圈功率;对触头部分应用基于COMSOL的参数化扫描进行尺寸和圆倒角半径的参数优化,选择空间中的特定点集进行观测和评估,并依据空气击穿的场强临界值选定优化后的设计参数,保证触头间电场不被击穿。针对交流电磁继电器工作过程中的振动大、噪声大及发热严重问题,提出变压器降压整流、晶闸管半控整流、MOSFET全控整流三种简单可行的线圈直流供电运行方案,基于Simulink验证了可行性,并设计和搭建了相关软硬件电路;设计并开发了高压电磁继电器可靠性监测平台,可实现自动通断电控制、故障诊断并记录工作状况,用于发现设计和加工中的问题,进而提高高压电磁继电器的可靠性。最后加工了高压电磁继电器样机,搭建了高压电磁继电器直流供电运行电路和可靠性测控平台,进行了交流供电、直流供电运行及高压侧的相关实验,结果表明其关键参数符合设计指标,优化后的性能参数得到有效提升,直流供电运行方式和可靠性测控平台均能实现设计目标,证明了设计的有效性和正确性。
【图文】：

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9图 2-2 高压电磁继电器示意图(吸合状态) 为动触头顶端的压力弹簧，为动触头提供和静触头作过程中保持稳定；区域 2 和 3 分别为高压动触头功能；区域 4 为环氧背板区域，用于固定和连接整动杆，用于带动高压动触头移动；区域 6 为固定台，对连动杆的运动轨迹进行限位；区域 7 为橡胶减震；区域 8 为弹簧固定片，用于保证弹簧在工作过程中，为电磁继电器的弹回提供反力；区域 10 为铁芯部触头相连，通电时在电磁吸力的作用下完成向下吸合断电时在弹簧反力的作用下完成弹回动作；区域 11制和固定；区域12为线圈部分，是高压电磁继电器驱

触头,形状,分磁环,磁轭

科技大学硕士学位磁轭部分，用于导磁和产生电磁吸力，，由于磁轭固的凸起部分用于限制反力弹簧的位置，从而保证弹弹出；区域 14 为铁芯底面的分磁环，通过在制作铁芯加工完成后嵌入分磁环，达到电磁继电器交流工力弹簧设计高压触头是受控部分，用于实现主电路的开关状态转间的高电压，闭合状态下功能相当于导线，接通电路图 2-3 所示：
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM58

【参考文献】