一種基于溫度補償矩陣的電磁機構動態(tài)特性的計算方法
【專利摘要】一種基于溫度補償矩陣的電磁機構動態(tài)特性的計算方法，本發(fā)明涉及電磁機構動態(tài)特性的計算方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有技術不能同時達到效率高和精度高的問題以及無法應用于不同溫度下電磁機構動態(tài)特性的分析檢驗的問題而提出的一種基于溫度補償矩陣的電磁機構動態(tài)特性的計算方法。該方法是通過一、獲得電磁機構的關鍵參數(shù)；二、查找或測量磁化曲線及電阻值R；三、設定電磁機構動態(tài)特性的初始狀態(tài)；四、計算得到t+△t時刻的電磁機構動態(tài)特性；五、得到t+△t時刻線圈電流；六、得到當前電磁機構的溫度T下的電磁機構的動態(tài)特性；七、得到不同電磁機構的溫度下電磁機構的動態(tài)特性等步驟實現(xiàn)的。本發(fā)明應用于電磁機構動態(tài)特性計算領域。
【專利說明】
一種基于溫度補償矩陣的電磁機構動態(tài)特性的計算方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及電磁機構動態(tài)特性的計算方法，特別涉及一種基于溫度補償矩陣的電 磁機構動態(tài)特性的計算方法。
【背景技術】
[0002] 電磁機構是繼電器、接觸器等電器設備的重要組成部分。這些電器設備是廣泛應 用于電力系統(tǒng)中的基礎元器件，其性能直接影響電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定性，在生產應用前， 仿真分析電磁機構的動態(tài)特性是必要的。溫度是影響電磁機構動態(tài)特性的重要因素之一， 近年來隨著能源發(fā)展，大功率直流電器設備受到了廣泛的關注與應用，對這類設備仿真時 忽略溫度的影響會與實際產生偏差。與此同時越來越多的電器設備被應用于航空航天等環(huán) 境惡劣的場合，溫度變化復雜，仿真計算不同溫度下電磁機構的動態(tài)特性有實際應用價值。
[0003] 現(xiàn)有的電磁機構動態(tài)特性計算方法中，磁路法及有限元法較為常用。磁路法計算 效率高，但精度過低。有限元方法計算精度高，但其計算效率較低。如果所需求解次數(shù)較少， 則有限元方法的效率可以接受。但是針對不同溫度下電磁機構的動態(tài)特性求解問題，往往 需要多次求解動態(tài)特性，有限元方法的計算效率就是巨大的問題。這就導致有限元方法無 法應用于不同溫度下電磁機構動態(tài)特性的分析檢驗的問題。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術不能同時達到效率高和精度高的問題以及無 法應用于不同溫度下電磁機構動態(tài)特性的分析檢驗的問題而提出的一種基于溫度補償矩 陣的電磁機構動態(tài)特性的計算方法。
[0005] 上述的發(fā)明目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
[0006] 步驟一、根據(jù)電磁機構的工藝圖紙獲得電磁機構的關鍵參數(shù)，其中，關鍵參數(shù)包括 電磁機構的幾何尺寸、電磁機構額定電壓、電磁機構的銜鐵質量和電磁機構線圈匝數(shù)N;
[0007] 步驟二、查找或測量得到電磁機構中所用軟磁材料隨電磁機構的溫度變化的磁化 曲線及線圈隨電磁機構的溫度變化的電阻值R;
[0008] 步驟三、設定電磁機構動態(tài)特性的時間步長a t、電磁機構動態(tài)特性的總時間tmax、 電磁機構的初始時刻to銜鐵位移、電磁機構的初始時刻to線圈電流、電磁機構的溫度T、電磁 機構的初始時刻to的銜鐵運動速度以及電磁機構的初始時刻to激磁線圈的磁鏈；A t= 1(T6 ~10-4s;
[0009] 步驟四、根據(jù)初始時刻to銜鐵位移、初始時刻to線圈電流、初始時刻to的銜鐵運動 速度和初始時刻to激磁線圈的磁鏈利用四階龍格-庫塔法求解電磁機構動態(tài)特性微分方程 組;計算得到t+At時刻的銜鐵位移、t+At時刻的銜鐵運動速度和t+At時刻的激磁線圈的 磁鏈；
[0010] 步驟五、建立關于激磁線圈的磁鏈、電流和銜鐵位移的對照表，根據(jù)該對照表查詢 t+At時刻線圈電流；
[0011] 所述對照表是通過下述步驟獲得的：
[0012] 步驟C1、設定由大到小的線圈電流值及銜鐵位移值數(shù)據(jù)；
[0013] 步驟C2、依據(jù)電磁機構的溫度T確定電磁機構磁路中軟磁材料的磁化曲線及線圈 電阻值R，將步驟C1設定的由大到小的線圈電流值及銜鐵位移值數(shù)據(jù)代入磁路法計算中求 得主磁通巾并根據(jù)主磁通巾和電磁機構線圈匝數(shù)N計算磁鏈結果:
[0014] =N<i>
[0015]步驟C3、運用溫度補償矩陣對磁路法計算得到的磁鏈結果進行修正，得到準確 的磁鏈《 ;
[0016] 步驟C4、將準確的磁鏈對應的線圈電流值及與磁鏈對應的銜鐵位移值制成對照 表;其中，對照表的橫行為線圈電流縱行為銜鐵位移；
[0017] 所述步驟C3中運用溫度補償矩陣對磁路法計算得到的磁鏈結果0^進行修正，得 到準確的磁鏈《具體過程：
[0018] 步驟D1、確定磁路法計算磁鏈時所對應的線圈電流、銜鐵位移及電磁機構的溫度 T；
[0019] 步驟D2、根據(jù)步驟D1得到的銜鐵位移、線圈電流和電磁機構的溫度T運用插值法計 算在溫度補償矩陣中磁鏈結果《 '所對應的補償值V ;
[0020] 步驟D3、通過補償值V對磁鏈結果0^進行補償，公式如下所示：
[0021 ] co = ]/ * co ';
[0022]步驟六、將從電磁機構動態(tài)特性微分方程組中解得的線圈電流i、銜鐵位移x與時 間t對應即得到當前電磁機構的溫度T下的電磁機構的動態(tài)特性;其中，電磁機構的動態(tài)特 性包括電磁機構的線圈電流與時間的關系、電磁機構的銜鐵位移與時間的關系；
[0023]步驟七、改變步驟三中的電磁機構的溫度T并重復步驟三至六即得到不同電磁機 構的溫度下電磁機構的動態(tài)特性。
[0024]發(fā)明效果
[0025] 本發(fā)明屬于電器領域，涉及一種考慮溫度的電磁機構動態(tài)特性求解算法，具體來 說是一種基于溫度補償矩陣的電磁機構動態(tài)特性快速算法。
[0026] 本發(fā)明的目的在于解決運用有限元方法求解不同溫度下電磁機構的動態(tài)特性時， 計算效率過低，無法應用于不同溫度下電磁機構動態(tài)特性的分析檢驗的問題。本發(fā)明提供 一種基于溫度補償矩陣的電磁機構動態(tài)特性快速算法。
[0027] 本發(fā)明應用于電器電磁機構的設計環(huán)節(jié)，能夠在設計環(huán)節(jié)就通過電磁機構的關鍵 參數(shù)求得電磁機構的動態(tài)特性，進而對電器的性能進行合理的評估。與此同時還能快速得 到電磁機構在不同溫度下動態(tài)特性的變化情況，防止其在高低溫的環(huán)境下失效，既縮短了 電器的測試周期又提高了其可靠性。
[0028] 本發(fā)明是基于溫度補償矩陣提出的，其綜合了磁路法及有限元法的優(yōu)點。磁路法 是一種用路等效場的思想，磁路法利用磁導等集中參數(shù)元件代替難以求解的場分布問題， 簡化了計算步驟，提升了計算效率。但在計算時無法精確地考慮磁飽和問題及漏磁問題。本 發(fā)明是在磁路法的基礎上優(yōu)化得到的，它利用了有限元方法計算準確的特點，用有限元法 求出的較準確的數(shù)據(jù)生成溫度補償矩陣，從而對磁路法的數(shù)據(jù)進行修正，進而在得到相對 準確的數(shù)據(jù)同時又保證了計算速度。該方法求解一次電磁機構動態(tài)特性需要20s左右的時 間，而傳統(tǒng)的有限元法求解一次動態(tài)特性要900s甚至更多。
【附圖說明】
[0029] 圖1為【具體實施方式】一提出的基于溫度補償矩陣的電磁機構動態(tài)特性的算法的原 理圖；
[0030] 圖2為實施例提出的某型號接觸器電磁機構示意圖圖中單位為(mm);其中，1為靜 觸點，2為磁殼，3為動觸點，4為連桿，5為磁極片，6為彈簧;7為銜鐵;8為磁極芯；
[0031] 圖3為實施例提出的通過快速算法求得的不同溫度下接觸器的線圈電流曲線；
[0032] 圖4為實施例提出的通過快速算法求得的不同溫度下的接觸器銜鐵位移曲線。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0033] 一:結合圖1本實施方式的一種基于溫度補償矩陣的電磁機構動態(tài) 特性的計算方法，具體是按照以下步驟制備的：
[0034] 步驟一、根據(jù)電磁機構的工藝圖紙獲得電磁機構的關鍵參數(shù)，其中，關鍵參數(shù)包括 電磁機構的幾何尺寸、電磁機構額定電壓、電磁機構的銜鐵質量和電磁機構線圈匝數(shù)N;電 磁機構為某型號典型直流接觸器的電磁機構；
[0035] 步驟二、查找或測量得到電磁機構中所用軟磁材料隨電磁機構的溫度變化的磁化 曲線(磁化曲線為B-H曲線，）及線圈隨電磁機構的溫度變化的電阻值R;其中軟磁材料的磁 化特性是隨電磁機構的溫度變化的；
[0036]步驟三、設定電磁機構動態(tài)特性的時間步長A t、電磁機構動態(tài)特性的總時間tmax、 電磁機構的初始時刻to銜鐵位移、電磁機構的初始時刻to線圈電流、電磁機構的溫度T、電磁 機構的初始時刻to的銜鐵運動速度以及電磁機構的初始時刻to激磁線圈的磁鏈；A t= 1(T6 ~10-4s;
[0037]步驟四、根據(jù)初始時刻to銜鐵位移、初始時刻to線圈電流、初始時刻to的銜鐵運動 速度和初始時刻to激磁線圈的磁鏈利用四階龍格-庫塔法求解電磁機構動態(tài)特性微分方程 組;計算得到t+At時刻的銜鐵位移、t+At時刻的銜鐵運動速度和t+At時刻的激磁線圈的 磁鏈；
[0038] 步驟五、建立關于激磁線圈的磁鏈、電流和銜鐵位移的對照表，根據(jù)該對照表查詢 t+At時刻線圈電流；
[0039] 所述對照表是通過下述步驟獲得的：
[0040] 步驟C1、設定由大到小的線圈電流值及銜鐵位移值數(shù)據(jù)；
[0041 ]步驟C2、依據(jù)電磁機構的溫度T確定電磁機構磁路中軟磁材料的磁化曲線及線圈 電阻值R，將步驟C1設定的由大到小的線圈電流值及銜鐵位移值數(shù)據(jù)代入磁路法計算中求 得主磁通(如步驟A2和A3)并根據(jù)主磁通巾和電磁機構線圈匝數(shù)N計算磁鏈結果:
[0042] =N<i>
[0043]步驟C3、運用溫度補償矩陣對磁路法計算得到的磁鏈結果進行修正，得到準確 的磁鏈《 ;
[0044]步驟C4、將準確的磁鏈對應的線圈電流值及與磁鏈對應的銜鐵位移值制成對照 表;其中，對照表的橫行為線圈電流縱行為銜鐵位移；
[0045]在T = 303K時關于激磁線圈的磁鏈、電流和銜鐵位移的對照表如下所示：
[0048] 表中第一橫行為所選的線圈電流，第一縱行為所選的銜鐵位移，表內數(shù)據(jù)為激磁 線圈的磁鏈；當銜鐵位移為6.5E-4，激磁線圈的磁鏈為3.17E-3時從表中可查到此時線圈電 流為0.1A;如果銜鐵位移為或磁鏈數(shù)據(jù)無法直接從表中查到時則通過需要先對表格進行插 值處理，然后再查表；
[0049] 所述步驟C3中運用溫度補償矩陣對磁路法計算得到的磁鏈結果進行修正，得 到準確的磁鏈《具體過程：
[0050] 步驟D1、確定磁路法計算磁鏈時所對應的線圈電流、銜鐵位移及電磁機構的溫度 T；
[0051] 步驟D2、根據(jù)步驟D1得到的銜鐵位移、線圈電流和電磁機構的溫度T運用插值法計 算在溫度補償矩陣中磁鏈結果^'所對應的補償值P ;所述溫度補償矩陣是根據(jù)
計算得到的；
[0052]步驟D3、通過補償值V對磁鏈結果V進行補償，公式如下所示：
[0053] co = ]/ * co ' ；
[0054] 步驟六、將從電磁機構動態(tài)特性微分方程組中解得的線圈電流i、銜鐵位移x與時 間t對應即得到當前電磁機構的溫度T下的電磁機構的動態(tài)特性;其中，電磁機構的動態(tài)特 性包括電磁機構的線圈電流與時間的關系如圖3、電磁機構的銜鐵位移與時間的關系如圖 4；
[0055]步驟七、改變步驟三中的電磁機構的溫度T并重復步驟三至六即得到不同電磁機 構的溫度下電磁機構的動態(tài)特性。
[0056]本實施方式效果：
[0057] 本實施方式屬于電器領域，涉及一種考慮溫度的電磁機構動態(tài)特性求解算法，具 體來說是一種基于溫度補償矩陣的電磁機構動態(tài)特性快速算法。
[0058] 本實施方式的目的在于解決運用有限元方法求解不同溫度下電磁機構的動態(tài)特 性時，計算效率過低，無法應用于不同溫度下電磁機構動態(tài)特性的分析檢驗的問題。本實施 方式提供一種基于溫度補償矩陣的電磁機構動態(tài)特性快速算法。
[0059] 本實施方式應用于電器電磁機構的設計環(huán)節(jié)，能夠在設計環(huán)節(jié)就通過電磁機構的 關鍵參數(shù)求得電磁機構的動態(tài)特性，進而對電器的性能進行合理的評估。與此同時還能快 速得到電磁機構在不同溫度下動態(tài)特性的變化情況，防止其在高低溫的環(huán)境下失效，既縮 短了電器的測試周期又提高了其可靠性。
[0060] 本實施方式是基于溫度補償矩陣提出的，其綜合了磁路法及有限元法的優(yōu)點。磁 路法是一種用路等效場的思想，磁路法利用磁導等集中參數(shù)元件代替難以求解的場分布問 題，簡化了計算步驟，提升了計算效率。但在計算時無法精確地考慮磁飽和問題及漏磁問 題。本實施方式是在磁路法的基礎上優(yōu)化得到的，它利用了有限元方法計算準確的特點，用 有限元法求出的較準確的數(shù)據(jù)生成溫度補償矩陣，從而對磁路法的數(shù)據(jù)進行修正，進而在 得到相對準確的數(shù)據(jù)同時又保證了計算速度。該方法求解一次電磁機構動態(tài)特性需要20s 左右的時間，而傳統(tǒng)的有限元法求解一次動態(tài)特性要900s甚至更多。
[0061] 【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟四所述電磁機構 動態(tài)特性微分方程組為：
[0063] 式中，也表示激磁線圈的磁鏈0為初始時刻的激磁線圈的磁鏈或t+ A t時刻的激磁 線圈的磁鏈）；v表示銜鐵運動速度;u表示電磁機構額定電壓;R(T)表示線圈隨電磁機構的 溫度變化的電阻值；i表示線圈電流（i為初始時刻的線圈電流或t+ A t時刻的線圈電流）；T 表電磁機構的溫度;Fe表示作用于銜鐵的電磁吸力;Ff表示作用于銜鐵的反作用力;m表示電 磁機構的銜鐵的質量;x表示銜鐵的位移(銜鐵的位移為電磁機構的初始時刻銜鐵位移或t+ A t時刻的銜鐵位移）；t = t〇~tmax表示時間;Ff = kx;k為彈簧系數(shù)；
[0064] 龍格庫塔法是一種求解微分方程初值問題的數(shù)值方法，求解該微分方程時需要變 量的初值即初始時刻的銜鐵位移，線圈電流，銜鐵運動速度，激磁線圈的磁鏈，同時還需要 每次步進的步長即時間步長，和最后停止步進的時間即總時間；
[0065] 步驟四中所述的四階龍格庫塔法是一種在工程上廣泛應用的高精度單步算法，常 用于數(shù)值求解微分方程，是四階收斂的方法。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一相同。
[0066]
【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:所述銜鐵的電磁 吸力Fe的具體計算過程為：
[0067 ]步驟A1、依據(jù)電磁機構的溫度T確定電磁機構磁路中軟磁材料的磁化曲線及線圈 電阻值R;
[0068]步驟A2、將時刻t的線圈電流及時刻t的銜鐵位移賦值到磁路模型中，運用二分法 求解當時刻t的主磁通傘；
[0069] 步驟A3、根據(jù)主磁通巾和電磁機構線圈匝數(shù)N計算氣隙處的磁壓降Us;
[0071]其中，As表示氣隙磁導；
[0072]步驟A4、根據(jù)電磁機構的電磁吸力計算公式求得t時刻的電磁吸力，公式為：
[0074] 式中，F(xiàn)'e表示t時刻的電磁吸力;Us表示氣隙處的磁壓降;S表示氣隙長度；
[0075]步驟A5、運用溫度補償矩陣對F'e進行修正，得到準確的電磁吸力Fe。其它步驟及參 數(shù)與【具體實施方式】一或二相同。
[0076]【具體實施方式】四：本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:所述步驟A5 中運用溫度補償矩陣對F'e進行修正，得到準確的電磁吸力Fe具體步驟如下：
[0077 ]步驟B1、確定磁路法計算電磁吸力時所對應的t時刻的線圈電流、t時刻的銜鐵位 移及電磁機構的溫度T;
[0078]步驟B2、根據(jù)步驟B1得到的銜鐵位移、線圈電流和電磁機構的溫度T運用插值法計 算在溫度補償矩陣中得到電磁吸力F'e所對應的補償值1;所述溫度補償矩陣是通過
計算得到的；
[0079]步驟B3、通過補償值1對磁路法計算結果進行補償，公式如下所示：
[0080] FeiRKe。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0081]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是:所述步驟A5 中溫度補償矩陣是通過磁路法及有限元法預先計算的結果求得的，具體由如下步驟實現(xiàn)： [0082]步驟A、根據(jù)電磁機構幾何尺寸(在有限元仿真軟件FLUX中），利用有限元方法建立 電磁機構的幾何模型，并對該幾何模型劃分有限元網(wǎng)絡；
[0083]步驟B、根據(jù)電磁機構的磁化曲線設定有限元模型；
[0084] 步驟C、對設置完成的有限元模型進行靜態(tài)特性計算;輸入b組線圈電流值ib，b = 1…]!』組銜鐵位移值Xa，a= 1…!!!及C組電磁機構的溫度值Tc，C = 1…口 ;進行計算得到與線圈 電流ib、銜鐵位移xa、電磁機構的溫度Tc對應的靜態(tài)激磁線圈的磁鏈fFE (xa，ib，Tc)和靜態(tài)電 磁吸力值
[0085] 步驟D、根據(jù)電磁機構的幾何尺寸，結構特點建立電磁機構的磁路模型，運用磁路 法求解與步驟C中的線圈電流、銜鐵位移、電磁機構的溫度情況對應的靜態(tài)激磁線圈的磁鏈 ;^麗。(叉 ￡1，;[1)，1'￡；)和靜態(tài)電磁吸力值;1^?；(；(叉￡1，;[1 )，1'。）；
[0086] 步驟E、根據(jù)如下公式即可得溫度補償矩陣AmXnXp
為從有限元法得到的磁 鏈;fMEC ( Xa，ib，Tc )為從磁路法中得到的磁鏈;f FE ( Xa，ib，Tc )為從有限元法得到的電磁吸力； fMEcUhib，!'。)為從磁路法中得到的電磁吸力。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至四之 一相同。
[0089]采用以下實施例驗證本發(fā)明的有益效果：
[0090] 實施例一：
[0091]本實施例一種基于溫度補償矩陣的電磁機構動態(tài)特性的計算方法，具體是按照以 下步驟制備的：
[0092]步驟一:根據(jù)圖2獲得某型號接觸器電磁機構的幾何尺寸。其額定電壓為12V、銜鐵 質量為8.88g、線圈匝數(shù)為518匝。
[0093 ]步驟二:查找或測量得到電磁機構中所用軟磁材料隨電磁機構的溫度變化的磁化 曲線及線圈隨電磁機構的溫度變化的電阻值；
[0094]步驟三：設定電磁機構動態(tài)特性的時間步長1 (T5s、電磁機構動態(tài)特性的總時間 13ms、電磁機構的初始時刻銜鐵位移0m、電磁機構的初始時刻線圈電流0A、電磁機構的溫度 303K、電磁機構的初始時刻的銜鐵運動速度Om/s以及電磁機構的初始時刻激磁線圈的磁鏈 Offb；
[0095]步驟四、根據(jù)初始時刻銜鐵位移、初始時刻線圈電流、初始時刻的銜鐵運動速度和 初始時刻激磁線圈的磁鏈利用四階龍格-庫塔法求解電磁機構動態(tài)特性微分方程組，所述 微分方程組為：
[0097] 步驟五、建立關于激磁線圈的磁鏈、電流和銜鐵位移的對照表，根據(jù)該對照表查詢 線圈電流；
[0098] 步驟六、將從電磁機構動態(tài)特性微分方程組中解得的線圈電流、銜鐵位移與時間 對應即得到當前電磁機構的溫度303K時的電磁機構的動態(tài)特性；
[0099] 步驟七:改變步驟三中的溫度為323K、343K、363K并重復步驟三至六可以快速的得 到不同溫度下電磁機構的線圈電流及銜鐵位移如圖3和4所示，每個溫度下的電磁機構動態(tài) 特性的仿真計算時間在20s左右。
[0100]本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，本領域 技術人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本 發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
【主權項】
1. 一種基于溫度補償矩陣的電磁機構動態(tài)特性的計算方法，其特征在于，該方法具體 是按照以下步驟進行的： 步驟一、根據(jù)電磁機構的工藝圖紙獲得電磁機構的關鍵參數(shù)，其中，關鍵參數(shù)包括電磁 機構的幾何尺寸、電磁機構額定電壓、電磁機構的銜鐵質量和電磁機構線圈匝數(shù)N; 步驟二、查找或測量得到電磁機構中所用軟磁材料隨電磁機構的溫度變化的磁化曲線 及線圈隨電磁機構的溫度變化的電阻值R; 步驟三、設定電磁機構動態(tài)特性的時間步長A t、電磁機構動態(tài)特性的總時間tmax、電磁 機構的初始時刻t〇銜鐵位移、電磁機構的初始時刻t〇線圈電流、電磁機構的溫度、電磁機構 的初始時刻to的銜鐵運動速度以及電磁機構的初始時刻to激磁線圈的磁鏈；Δ t = I(T6~10 -4S; 步驟四、根據(jù)初始時刻to銜鐵位移、初始時刻to線圈電流、初始時刻to的銜鐵運動速度 和初始時刻to激磁線圈的磁鏈利用四階龍格-庫塔法求解電磁機構動態(tài)特性微分方程組； 計算得到t+ △ t時刻的銜鐵位移、t+ △ t時刻的銜鐵運動速度和t+ △ t時刻的激磁線圈的磁 鏈； 步驟五、建立關于激磁線圈的磁鏈、電流和銜鐵位移的對照表，根據(jù)該對照表查詢t+Δ t時刻線圈電流； 所述對照表是通過下述步驟獲得的： 步驟Cl、設定由大到小的線圈電流值及銜鐵位移值數(shù)據(jù)； 步驟C2、依據(jù)電磁機構的溫度T確定電磁機構磁路中軟磁材料的磁化曲線及線圈電阻 值R，將步驟Cl設定的由大到小的線圈電流值及銜鐵位移值數(shù)據(jù)代入磁路法計算中求得主 磁通Φ并根據(jù)主磁通Φ和電磁機構線圈匝數(shù)N計算磁鏈結果ω': ω' =N Φ 步驟C3、運用溫度補償矩陣對磁路法計算得到的磁鏈結果ω '進行修正，得到準確的磁 鏈ω ; 步驟C4、將準確的磁鏈對應的線圈電流值及與磁鏈對應的銜鐵位移值制成對照表;其 中，對照表的橫行為線圈電流縱行為銜鐵位移； 所述步驟C3中運用溫度補償矩陣對磁路法計算得到的磁鏈結果ω '進行修正，得到準 確的磁鏈ω具體過程： 步驟D1、確定磁路法計算磁鏈時所對應的線圈電流、銜鐵位移及電磁機構的溫度Τ; 步驟D2、根據(jù)步驟Dl得到的銜鐵位移、線圈電流和電磁機構的溫度T運用插值法計算在 溫度補償矩陣中磁鏈結果ω'所對應的補償值1'; 步驟D3、通過補償值V對磁鏈結果ω '進行補償，公式如下所示： 步驟六、將從電磁機構動態(tài)特性微分方程組中解得的線圈電流i、銜鐵位移X與時間t對 應即得到當前電磁機構的溫度T下的電磁機構的動態(tài)特性;其中，電磁機構的動態(tài)特性包括 電磁機構的線圈電流與時間的關系、電磁機構的銜鐵位移與時間的關系； 步驟七、改變步驟三中的電磁機構的溫度T并重復步驟三至六即得到不同電磁機構的 溫度下電磁機構的動態(tài)特性。2. 根據(jù)權利要求1所述一種基于溫度補償矩陣的電磁機構動態(tài)特性的計算方法，其特 征在于:步驟四所述電磁機構動態(tài)特性微分方程組為：式中，Φ表示激磁線圈的磁鏈;V表示銜鐵運動速度;U表示電磁機構額定電壓;R (T)表示 線圈隨電磁機構的溫度變化的電阻值；i表示線圈電流;T表電磁機構的溫度;Fe表示作用于 銜鐵的電磁吸力;Ff表示作用于銜鐵的反作用力;m表示電磁機構的銜鐵的質量;X表示銜鐵 的位移;t = ~tmax表示時間。3. 根據(jù)權利要求2所述一種基于溫度補償矩陣的電磁機構動態(tài)特性的計算方法，其特 征在于:所述銜鐵的電磁吸力Fe的具體計算過程為： 步驟Al、依據(jù)電磁機構的溫度T確定電磁機構磁路中軟磁材料的磁化曲線及線圈電阻 值R; 步驟A2、將時刻t的線圈電流及時刻t的銜鐵位移賦值到磁路模型中，運用二分法求解 當時刻t的主磁通Φ ; 步驟A3、根據(jù)主磁通Φ和電磁機構線圈匝數(shù)N計算氣隙處的磁壓降Us; 其中，Λ s表不氣隙磁導；步驟Α4、根據(jù)電磁機構的電槪磁吸力，公式為： 式中，F(xiàn)'e表示t時刻的電磁吸力;Us表示氣隙處的磁壓降;δ表示氣隙長度； 步驟Α5、運用溫度補償矩陣對F'e進行修正，得到準確的電磁吸力Fe。4. 根據(jù)權利要求3所述一種基于溫度補償矩陣的電磁機構動態(tài)特性的計算方法，其特 征在于:所述步驟A5中運用溫度補償矩陣對F'e進行修正，得到準確的電磁吸力Fe具體步驟 如下： 步驟B1、確定磁路法計算電磁吸力時所對應的t時刻的線圈電流、t時刻的銜鐵位移及 電磁機構的溫度T; 步驟B2、根據(jù)步驟Bl得到的銜鐵位移、線圈電流和電磁機構的溫度T運用插值法計算在 溫度補償矩陣中得到電磁吸力F'e所對應的補償值1; 步驟B3、通過補償值1對磁路法計算結果進行補償，公式如下所示： Fe=1*F7 Eo5. 根據(jù)權利要求4所述一種基于溫度補償矩陣的電磁機構動態(tài)特性的計算方法，其特 征在于:所述步驟A5中溫度補償矩陣是通過磁路法及有限元法預先計算的結果求得的，具 體由如下步驟實現(xiàn)： 步驟A、根據(jù)電磁機構幾何尺寸，利用有限元方法建立電磁機構的幾何模型，并對該幾 何模型劃分有限元網(wǎng)絡； 步驟B、根據(jù)電磁機構的磁化曲線設定有限元模型； 步驟C、對設置完成的有限元模型進行靜態(tài)特性計算;輸入b組線圈電流值ib，b = h_n、a 組銜鐵位移值Xa，a = 1…]!!及C組電磁機構的溫度值Tc，C = 1…P ;進行計算得到與線圈電流 ib、銜鐵位移Xa、電磁機構的溫度Tc對應的靜態(tài)激磁線圈的磁鏈fFE(Xa，ib，Tc)和靜態(tài)電磁吸 力值 PFE(XhibJc); 步驟D、根據(jù)電磁機構的幾何尺寸，結構特點建立電磁機構的磁路模型，運用磁路法求 解與步驟C中的線圈電流、銜鐵位移、電磁機構的溫度情況對應的靜態(tài)激磁線圈的磁鏈fMEC (叉341)，1'。)和靜態(tài)電磁吸力值；^?；(；(叉341 )，1'。）； 步驟E、根據(jù)如下公式即可得溫度補償矩陣AmxnxpI的磁鏈； fMEC(Xa, ib，T。)為從磁路法中得到的磁鏈;f FE(xa, ib，T。)為從有限元法得到的電磁吸力； f MEC ( Xa，ib，Tc)為從磁路法中得到的電磁吸力。
【文檔編號】G06F17/50GK105893701SQ201610264808
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月25日
【發(fā)明人】楊文英, 郭久威, 彭飛, 李茹瑤, 翟國富
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學