Maxwell在電磁機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用關(guān)鍵字：Maxwell接觸器電磁機(jī)構(gòu)瞬態(tài)仿真負(fù)載力旋轉(zhuǎn)電磁鐵翻板電磁鐵（文章較長(zhǎng)，全是干貨，如果只需對(duì)此介紹有個(gè)大體了解的同學(xué)可直接查看文章中的視頻或圖片；而對(duì)該軟件熟悉的同學(xué)，可詳細(xì)閱讀，共同探討進(jìn)步）需要更詳細(xì)的內(nèi)容或更多文章請(qǐng)微信搜索“ 中壓元器件技術(shù)平臺(tái)”AnsysMaxwell是業(yè)界領(lǐng)先的電磁場(chǎng)仿真軟件，采用有限元分析方法分析電磁場(chǎng)的分布，可以精確地模擬材料的非線(xiàn)性、動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程、靜態(tài)特性等。其前身是 Ansoft公司的產(chǎn)品，全稱(chēng)為AnsoftMaxwell，后面被Ansys公司收購(gòu)，變成AnsysMaxwell軟件。Maxwell軟件可獨(dú)立安裝（不需要安裝Ansys軟件），本人使用的Maxwell的版本是Maxwell16.0（64-bit），大家可在網(wǎng)上搜索下載。Maxwell的功能很強(qiáng)大，但是我們只關(guān)心其在中壓開(kāi)關(guān)領(lǐng)域上的作用。同學(xué)們應(yīng)該都知道，目前在中壓開(kāi)關(guān)中，最常用的兩類(lèi)機(jī)構(gòu)分別為彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)和電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu) （包括電磁機(jī)構(gòu)、永磁機(jī)構(gòu)以及脫扣器）。對(duì)彈操機(jī)構(gòu)而言，因其是純機(jī)械動(dòng)作的， 通常使用ADAMS進(jìn)行設(shè)計(jì)階段的分析；而電操機(jī)構(gòu)，是通過(guò)由電能一一磁能一一機(jī)械能的傳遞方式， 因而需要分析電磁場(chǎng)，這正是Maxwell軟件所擅長(zhǎng)的領(lǐng)域。開(kāi)關(guān)元器件中，通常使用較多的是螺線(xiàn)管式電磁鐵， 按動(dòng)作特點(diǎn)可分為直動(dòng)式 （如電磁脫扣器）和翻板式（如東芝接觸器、 ABB的VC接觸器），分別見(jiàn)下圖。直動(dòng)式直線(xiàn)型螺管式電磁鐵結(jié)構(gòu)圖1.Yoke2.Coil3.RetainingSpring4.Armature1.Yoke2.Coil3.RetainingSpring4.Armature翻板式：翻板式接觸器電磁機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖I.Fixstem2.Movestem3.Contactspring 4.Coil5.Core6.Supportplate7.Openingspring 8.Rotatearmature那么如何綜合高效地利用工具來(lái)設(shè)計(jì)出最佳的電磁鐵呢？如下設(shè)計(jì)流程圖所示， 個(gè)人總結(jié)出設(shè)計(jì)電磁機(jī)構(gòu)的大致流程 （大家有更好的意見(jiàn)和建議， 歡迎指出），即：先確定負(fù)載力的大小，如VI（如果有）真空自閉力、超程彈簧力（如果有）、復(fù)位（分閘）彈簧力；利用ADAMS分析是否分閘的特性滿(mǎn)足要求， 直至調(diào)整所有參數(shù)到最佳狀態(tài)，將所有負(fù)載確定下來(lái)；然后利用 Maxwell優(yōu)化分析電磁鐵的吸合過(guò)程。1?確定W翼空自圈力與開(kāi)距的關(guān)系2計(jì)算拇旎彈簧的工作力值ii由睪■｛旦莽力值A(chǔ)DAW中分析分閘特些速度、過(guò)

沖、反張等蓉?cái)?shù)將BD模製裝配至升閘疣置?計(jì)算分闌彈議才與W鳶空自閉

力的合力F,獗這電磁鐵需要產(chǎn)生1冃倍的合力F咋為初始

吸力,.孚功■計(jì)算得製大槪的立匝藪、碳路面積的*小

｛一般選擇離愍應(yīng)強(qiáng)度吐1T.TT時(shí)對(duì)應(yīng)的磯路面棋、分閘位矍仿冥吸力：在MaxWell 立參數(shù)?化的安匚菟和殛路截面積｛基本值逆星上述手埜卄韋萩得的結(jié)果）』進(jìn)行參數(shù)化的分祈“得到毘掛的箕匝數(shù)和底路截面積利用仿真菽律時(shí)最鏈安匝數(shù)-訐算錢(qián)徑、匝董杠竊閏過(guò)舞列擁蕉行打——利用仿真菽律時(shí)最鏈安匝數(shù)-訐算錢(qián)徑、匝董杠竊閏過(guò)舞列擁蕉行打——-致費(fèi)代沫也?驢動(dòng)夕歸EH調(diào)整最住的妄豆數(shù)臺(tái)閘位置：計(jì)算■可提供可靠探持力的線(xiàn)圈老漩的大少:乞中壓元翁件袪才平自設(shè)計(jì)流程圖下面以使用直動(dòng)型螺管式電磁機(jī)構(gòu)的真空接觸器為例說(shuō)明。先在A(yíng)DAMS中分析分閘的機(jī)械特性， 調(diào)整相關(guān)參數(shù)（如分閘彈簧、超程彈簧等）使得分閘特性參數(shù)為最佳。

負(fù)載力（有阻力和助力）包括：復(fù)位（分閘）彈簧力、動(dòng)鐵芯的重力，有需要的話(huà)還可加上真空管的真空自閉力（注意不需要考慮動(dòng)觸頭的重力， 因?yàn)橐呀?jīng)在真空自閉力中考慮了） 以及超程彈簧力。假設(shè)動(dòng)鐵芯的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)行程為8mm則復(fù)位彈簧力和動(dòng)鐵芯的重力在全行程范圍中均起作用，而真空管的真空自閉力和超程彈簧力為分段作用，各個(gè)阻力可以用以下公式表達(dá)：復(fù)位（分閘）彈簧力（1）^jpnne=一電忖詛一竟垃position動(dòng)鐵芯重力（2）F毗追ht=—(3)真空管的真空自閉力（假設(shè)開(kāi)距為 5mm超行程為3mm(3)vacuumLElltBSlvacuum-I?xposjtionp(position<Smm)vacuumLElltBSlvacuum-I?xposjtionp(position<Smm)=0(positioh>輛詢(xún)?cè)挥|頭彈簧力（假設(shè)開(kāi)距為 5mm超行程為3mm（4）=0（position<5mm）^5處仰啣--Fl-kx（position-DQ孵瀟妙施i）聯(lián)立上述的式（1）（2）（3）（4），將其輸入Maxwell的MotionSetup的LoadForce中，如下圖所示。MotionSetup|血詢(xún)■echanicalIFasIfr |U沖就盍■也匕h Tr ?I&lliftlVftl^CLty.[0工J^MpLIk4：|DLqMFortt.卜藥5-(j>+titj0ML7.334)+if(pati1_H?頊壓磁怦技朮乎臺(tái)（注意：在軟件中，動(dòng)鐵芯的運(yùn)動(dòng)位移用 position表示）為什么上面的設(shè)計(jì)流程圖提到需要調(diào)整最佳的安匝數(shù)（也就是圖中的第二個(gè)循環(huán)箭頭）呢？因?yàn)榘凑赵诜珠l位置提供1.3倍的合力F作為初始合閘力計(jì)算得出來(lái)的安匝數(shù)，并不一定能夠完全帶的動(dòng)電磁機(jī)構(gòu)運(yùn)行到合閘位置，也有可能出現(xiàn)合不到位的情況。下圖中的曲線(xiàn)分別表示負(fù)載（圖中紅線(xiàn)表示）和電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生的吸力（圖中褐色線(xiàn)表示），仔細(xì)分析可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于好的設(shè)計(jì)，吸力會(huì)與負(fù)載有個(gè)小的交叉區(qū)域， 這樣在能夠帶動(dòng)負(fù)載的情況下，使得安匝數(shù)最小，節(jié)省合閘能量。XYPlott XYPlott M^mUDOuhjM*而下圖表示的是合閘時(shí)，線(xiàn)圈中電流的變化情況（左邊縱坐標(biāo)），以及動(dòng)鐵芯的行程曲線(xiàn)（右邊縱坐標(biāo)）。可以發(fā)現(xiàn)動(dòng)鐵芯從電壓施加的起始開(kāi)始，經(jīng)過(guò) 40ms左右的時(shí)間合閘到位；而當(dāng)線(xiàn)圈的電流達(dá)到3.2A左右時(shí)，動(dòng)鐵芯開(kāi)始吸合，到動(dòng)鐵芯合閘到位時(shí)，由于反向電動(dòng)勢(shì)的存在，線(xiàn)圈電流降低到最低點(diǎn)。DoXYPkjt3一202IK5￡ba-im'gJirFie：mi：丄IFf2L,U4￡-^hl#幅翡DoXYPkjt3一202IK5￡ba-im'gJirFie：mi：丄IFf2L,U4￡-^hl#幅翡00鳩帥1 隔 討世P