電磁繼電器觸點退化失效模型及電壽命穩健性研究

《電磁繼電器觸點退化失效模型及電壽命穩健性研究》是依託哈爾濱工業大學，由葉雪榮擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：電磁繼電器觸點退化失效模型及電壽命穩健性研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：葉雪榮

項目摘要

電壽命的分散性是制約電磁繼電器性能提升的瓶頸因素。鑒於電弧侵蝕導致的觸點性能衰退是決定電磁繼電器失效（壽命）的主要因素，本項目首先提出一種建立電磁繼電器觸點退化失效模型的新方法，即在觸點電弧侵蝕建模的基礎上，引入累積損傷理論，通過研究不同失效模式下燃弧能量對觸點侵蝕形貌幾何形狀參數的作用規律，得到可定量描述電磁繼電器在特定負載循環作用下觸點退化失效過程的巨觀模型。在此基礎上，分析線圈安匝、觸簧厚度及寬度、超行程、觸點間隙等下位特性參數對於繼電器電壽命的非線性效應，並通過虛擬樣本構造、試驗設計、貢獻率分析等過程，研究影響繼電器電壽命穩健性（即抗分散性能力）的關鍵因素及其最佳化方法。本項目所研究的是開關電器的共性基礎問題，擬建立的觸點退化失效模型以及基於此提出的電壽命穩健性分析方法對於提高開關電器可靠性具有重要的科學意義與實用價值。

結題摘要

電壽命的分散性是制約電磁繼電器性能提升的瓶頸因素。考慮到電弧侵蝕導致的觸點性能衰退是決定電磁繼電器電壽命的主要因素，我們首先對電弧侵蝕模型進行了探索性的研究。建立了分斷電弧的三維磁流體動力學模型。研究了不同分斷條件下電弧電壓、燃弧時間、觸頭燒蝕量等參數，給出了熱力學環境對電弧特性和觸頭燒蝕特性的影響規律。而後，搭建了線圈安匝和接觸配合參數（包括超行程、觸點間隙等）可調、觸簧及觸點形式可更換的開放式電磁繼電器半實物模型。基於該半實物仿真實驗模型，對繼電器壽命過程中的觸點侵蝕問題進行了研究。在發現觸點形貌隨動作次數變化隨機性過強的情況下，將電壽命一致性問題進行簡化處理。以電磁繼電器質量一致性為目標，研究了其參數設計及容差設計方法。提出了基於非線性效應分析的繼電器設計參數及工序控制參數最佳化方法，在不改變參數容差及工藝狀態的情況下實現了電壽命穩健性的有效提升；提出了一種基於“分步最佳化”及“逐漸逼近”思想的容差最佳化分配方法，解決了傳統容差分析方法（田口方法）準確性低、無法對容差方案在理論上直接驗證的問題。