电磁吸力测算方法、设备及可读存储介质

1.本发明涉及电力设备领域，尤其涉及一种电磁吸力测算方法、设备及可读存储介质。


背景技术：

2.交流接触器是一种可以实现远距离控制主电路频繁接通和分断的工业电器，其主要用于交流电机、电热设备、电容器等工业设备。接触器是自动控制系统的重要组成部分，因此保证交流接触器在工作过程的稳定可靠动作显得尤为重要。其中，交流接触器的动态性能参数是由其电磁系统的吸反力特性决定的，电磁系统的吸反力计算是电磁系统设计的重要组成部分。
3.由于交流接触器的励磁线圈通电电压随时间正弦变化，因此动静铁芯之间的电磁吸力呈现脉动特性。当动静铁芯之间的电磁吸力小于电磁系统中的弹簧反力时，动静铁芯分离；当动静铁芯之间的电磁吸力大于电磁系统中的弹簧反力时，动静铁芯回到原来吸合的位置。电磁吸力曲线能够反应交流接触器的吸力和反力特性与动静铁芯位置的关系，因此，若交流接触器的电磁吸力曲线测算不准确会导致交流接触器的吸力和反力特性配合不当，从而引发接触器触头系统的振动，导致触头的磨损，最终发生触头熔焊的严重事故，而相关技术测算电磁吸力曲线的效率低且精确度差，不能满足业界的需求。


技术实现要素：

4.以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
5.本发明实施例提供了一种电磁吸力测算方法、设备及可读存储介质，能够高效准确地测算接触器的电磁吸力曲线。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种电磁吸力测算方法，应用于接触器，所述接触器包括动铁芯单元、静铁芯单元和线圈单元，所述线圈单元设置于所述动铁芯单元和所述静铁芯单元之间，所述线圈单元用于产生电磁吸力以使所述动铁芯单元和所述静铁芯单元相吸合，所述方法包括：
7.获取释放电压，所述释放电压用于表征所述动铁芯单元在与所述静铁芯单元之间由吸合状态变为释放状态时，所述线圈单元的电压；
8.获取总反力，所述总反力用于表征所述动铁芯单元在通过所述电磁吸力与所述静铁芯单元相吸合的情况下，所述动铁芯单元受到的与所述电磁吸力方向相反的力；
9.根据所述释放电压和所述总反力更新预设的电磁系统模型，使得更新后的所述电磁系统模型的电磁特性与所述接触器一致，其中，所述电磁系统模型对应于所述接触器；
10.将预设的工况参数输入更新后的所述电磁系统模型以确定电磁吸力曲线，其中，所述工况参数用于表征所述线圈单元的电参数，所述电磁吸力曲线用于表征所述电磁吸力的大小与所述动铁芯单元的位置之间的映射关系。
11.第二方面，本发明实施例提供了一种电磁吸力测算设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面实施例中的电磁吸力测算方法。
12.第三方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上述第一方面实施例中的电磁吸力测算方法。
13.本发明实施例包括：获取释放电压，所述释放电压用于表征所述动铁芯单元在与所述静铁芯单元之间由吸合状态变为释放状态时，所述线圈单元的电压；获取总反力，所述总反力用于表征所述动铁芯单元在通过所述电磁吸力与所述静铁芯单元相吸合的情况下，所述动铁芯单元受到的与所述电磁吸力方向相反的力；根据所述释放电压和所述总反力更新预设的电磁系统模型，使得更新后的所述电磁系统模型的电磁特性与所述接触器一致，其中，所述电磁系统模型对应于所述接触器；将预设的工况参数输入更新后的所述电磁系统模型以确定电磁吸力曲线，其中，所述工况参数用于表征所述线圈单元的电参数，所述电磁吸力曲线用于表征所述电磁吸力的大小与所述动铁芯单元的位置之间的映射关系。根据本发明实施例提供的方案，通过测算释放电压和总反力，并根据释放电压和总反力更新预设的电磁系统模型，能够使得更新后的电磁系统模型的电磁特性能够与接触器实际的电磁特性一致，从而提高测算接触器的电磁吸力曲线的精确度；此外，通过将用于表征线圈单元电参数的工况参数输入至更新后的电磁系统模型即能够确定该工况参数下的电磁吸力曲线，从而能够高效地实现对电磁吸力曲线的测算，并使得电磁吸力曲线能够准确地反应交流接触器的吸力和反力特性与动静铁芯位置的关系。
14.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容来实现和获得。
附图说明
15.附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
16.图1是本发明一个实施例提供的接触器的结构示意图；
17.图2是本发明一个实施例提供的电磁吸力测算方法的流程图；
18.图3是图2中步骤s100的具体流程图；
19.图4是图2中步骤s200的具体流程图；
20.图5是图2中步骤s300的具体流程图；
21.图6是图5中步骤s320的具体流程图；
22.图7是本发明一个实施例提供的电磁吸力测算设备的示意图。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
24.需要说明的是，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
25.本发明实施例提供了一种电磁吸力测算方法，包括：获取释放电压，释放电压用于表征动铁芯单元在与静铁芯单元之间由吸合状态变为释放状态时，线圈单元的电压；获取总反力，总反力用于表征动铁芯单元在通过电磁吸力与静铁芯单元相吸合的情况下，动铁芯单元受到的与电磁吸力方向相反的力；根据释放电压和总反力更新预设的电磁系统模型，使得更新后的电磁系统模型的电磁特性与接触器一致，其中，电磁系统模型对应于接触器；将预设的工况参数输入更新后的电磁系统模型以确定电磁吸力曲线，其中，工况参数用于表征线圈单元的电参数，电磁吸力曲线用于表征电磁吸力的大小与动铁芯单元的位置之间的映射关系。根据本发明实施例提供的方案，通过测算释放电压和总反力，并根据释放电压和总反力更新预设的电磁系统模型，能够使得更新后的电磁系统模型的电磁特性能够与接触器实际的电磁特性一致，从而提高测算接触器的电磁吸力曲线的精确度；此外，通过将用于表征线圈单元电参数的工况参数输入至更新后的电磁系统模型即能够确定该工况参数下的电磁吸力曲线，从而能够高效地实现对电磁吸力曲线的测算，并使得电磁吸力曲线能够准确地反应交流接触器的吸力和反力特性与动静铁芯位置的关系。
26.下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
27.图1是本发明一个实施例提供的接触器100的结构示意图，在图1的示例中，接触器100包括动铁芯单元101、静铁芯单元102和线圈单元，线圈单元设置于动铁芯单元101和静铁芯单元102之间，线圈单元用于产生电磁吸力以使动铁芯单元101和静铁芯单元102相吸合。
28.参照图1，交流接触器100还包括触头支架103，触头支架103与动铁芯单元101相连接并随动铁芯单元101的运动而同步运动。
29.在一实施例中，在测量总反力时，将接触器100安装于水平设置的工作台上，并通过测力计测量总反力，总反力用于表征动铁芯单元101在通过电磁吸力与静铁芯单元102相吸合的情况下，动铁芯单元101受到的与电磁吸力方向相反的力。
30.具体地，测力计包括顶针，在测量总反力时固定测力计，使得在动铁芯单元101和静铁芯单元102处于吸合状态时测力计的顶针与触头支架103的顶部相抵接，并将测力计置零，在断开线圈单元的电源后，动铁芯的单元和静铁芯单元102会由吸合状态转变为释放状态，由于触头支架103与动铁芯单元101相连接并随动铁芯单元101的运动而同步运动，因此通过将测力计的顶针抵接于触头支架103的顶部，总反力能够通过触头支架103转递至测力计的顶针，因此本发明实施例无需使用昂贵的传感器、数据采集系统和复杂的数据后处理程序，只需要使用测力计测量动铁芯单元101的反力，以及使用示波器测量线圈单元的电参数就可以完成必要数据的采集。
31.此外，由于接触器100安装与水平设置的工作台，而触头支架103仅能随动铁芯单元101上下移动，因此测力计能够准确地对总反力进行测量。
32.需要说明的是，吸合状态指动铁芯单元101和静铁芯单元102在线圈单元产生的电磁吸力的作用下相接触的状态，释放状态指动铁芯单元101和静铁芯单元102未接触的状
态。
33.需要说明的是，线圈单元连接有可编程电源，可编程电源能够改变电参数以使线圈单元呈现出不同的工作特性，例如可编程电源可以改变输入至线圈单元的电压大小、电流大小以及电压频率，并且可编程电源能够随时间变化改变电参数。
34.需要说明的是，可以采用测力计测量总反力，也可以采用其它设备对总反力进行测量，本发明实施例对此不做具体限定。
35.需要说明的是，可以采用使用示波器测量线圈单元的电参数，也可以采用其它设备测量电参数，本发明实施例对此不做具体限定。
36.本发明实施例描述的虚拟化系统以及应用场景是为了更加清楚的说明本发明实施例的技术方案，并不构成对于本发明实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着电磁吸力测量方法和接触器100的演变和新应用场景的出现，本发明实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
37.本领域技术人员可以理解的是，图1中示出的接触器100并不构成对本发明实施例的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
38.基于上述接触器，下面提出本发明的电磁吸力测算方法的各个实施例。
39.如图2所示，图2是本发明一个实施例提供的电磁吸力测算方法的流程图，在图2的示例中，本发明实施例的电磁吸力测算方法包括但不限于步骤s100、步骤s200、步骤s300和步骤s400。
40.步骤s100，获取释放电压，释放电压用于表征动铁芯单元在与静铁芯单元之间由吸合状态变为释放状态时线圈单元的电压；
41.步骤s200，获取总反力，总反力用于表征动铁芯单元在通过电磁吸力与静铁芯单元相吸合的情况下，动铁芯单元受到的与电磁吸力方向相反的力；
42.步骤s300，根据释放电压和总反力更新预设的电磁系统模型，使得更新后的电磁系统模型的电磁特性与接触器一致，其中，电磁系统模型对应于接触器；
43.步骤s400，将预设的工况参数输入更新后的电磁系统模型以确定电磁吸力曲线，其中，工况参数用于表征线圈单元的电参数，电磁吸力曲线用于表征电磁吸力的大小与动铁芯单元的位置之间的映射关系。
44.通过测算释放电压和总反力，并根据释放电压和总反力更新预设的电磁系统模型，能够使得更新后的电磁系统模型的电磁特性能够与接触器实际的电磁特性一致，从而提高测算接触器的电磁吸力曲线的精确度；此外，通过将用于表征线圈单元电参数的工况参数输入至更新后的电磁系统模型即能够确定该工况参数下的电磁吸力曲线，从而能够高效地实现对电磁吸力曲线的测算，并使得电磁吸力曲线能够准确地反应交流接触器的吸力和反力特性与动静铁芯位置的关系。
45.在一实施例中，工况参数包括控制电压和控制频率，控制电压用于表征输入至线圈单元的电压大小，控制频率用于表征输入至线圈单元的电压频率，其中，控制电压和控制频率能够随时间变化而变化，从而提高了测算效率。
46.在一实施例中，通过改变工况参数，并将多个不同的工况参数输入更新后的电磁系统模型，以获得与多个不同的工况参数一一对应的多个电磁吸力曲线，从而能够快速地获取到对应不同工况参数的电磁吸力曲线，因此提高了测算效率。
47.如图3所示，图3是图2中步骤s100的具体流程图，在图3的示例中，步骤s100包括但不限于步骤s110、步骤s120和步骤s130。
48.步骤s110，向线圈单元输入预设电压，以使得动铁芯单元和静铁芯单元相吸合；
49.步骤s120，随着时间变化减少输入至线圈单元的电压，并检测线圈单元的电流；
50.步骤s130，当线圈单元的电流在预设时间内的变化值大于预设阈值，将线圈单元当前的电压作为释放电压。
51.具体地，在一实施例中，通过可编程电源向线圈单元输入预设电压，使得动铁芯单元和静铁芯单元稳定吸合，再通过调节可编程电源的输出电压使线圈单元的输入电压不断下降，同时使用示波器检测线圈单元的电流。由于铁芯的磁导率远远大于空气的磁导率，当动铁芯单元和静铁芯单元之间的距离发生细微的变化时，磁路中的工作气隙磁导会急剧减小，从而使得线圈电流发生突变，也即线圈单元的电流在预设时间内的变化值大于预设阈值，当线圈单元的电流发生陡升即表明铁芯发生抖动，记录此时线圈单元的电压作为线圈单元的释放电压。
52.如图4所示，图4是图2中步骤s200的具体流程图，在图4的示例中，步骤s200包括但不限于步骤s210、步骤s220、步骤s230和步骤s240。
53.步骤s210，向线圈单元输入预设电压，以使得动铁芯单元和静铁芯单元相吸合；
54.步骤s220，固定测力计，以使测力计的顶针与触头支架的顶部相抵接；
55.步骤s230，将测力计置零；
56.步骤s240，断开线圈单元的电源，并将测力计当前测得的数值作为总反力的大小。
57.在一实施例中，在测量总反力时，将接触器安装于水平设置的工作台上，并通过测力计测量总反力，总反力用于表征动铁芯单元在通过电磁吸力与静铁芯单元相吸合的情况下，动铁芯单元受到的与电磁吸力方向相反的力。
58.具体地，测力计包括顶针，在测量总反力时固定测力计，使得在动铁芯单元和静铁芯单元处于吸合状态时测力计的顶针与触头支架的顶部相抵接，并将测力计置零，在断开线圈单元的电源后，动铁芯的单元和静铁芯单元会由吸合状态转变为释放状态，由于触头支架与动铁芯单元相连接并随动铁芯单元的运动而同步运动，因此通过将测力计的顶针抵接于触头支架的顶部，总反力能够通过触头支架转递至测力计的顶针，因此本发明实施例无需使用昂贵的传感器、数据采集系统和复杂的数据后处理程序，只需要使用测力计测量动铁芯单元的反力，以及使用示波器测量线圈单元的电参数就可以完成必要数据的采集。
59.此外，由于接触器安装与水平设置的工作台，而触头支架仅能随动铁芯单元上下移动，因此测力计能够准确地对总反力进行测量。
60.可以理解的是，最小电磁吸力和总反力的关系如下：
61.fm＝f
r-g
62.其中fm为最小电磁吸力；fr为动铁芯单元和静铁芯单元稳定吸合时的总反力，总反力能够表征动铁芯单元以及直接或间接连接于动铁芯单元的部件所构成的整个可动组件受到的对应于电磁吸力的反力；g为可动组件的总重。
63.具体地，接触器还包括连接于触头支架的触头单元和触头弹簧，以及用于提供反力的主反力弹簧；总反力能够表征动铁芯单元、触头支架、触头单元和触头弹簧所组成的整个可动组件所受到的、由主反力弹簧和触头弹簧在动铁芯单元和静铁芯单元稳定吸合时对
可动组件施加的合力。
64.具体地，在一实施例中，给线圈单元输入预设电压，动铁芯单元受到电磁吸力朝着静铁芯单元运动直到与静铁芯单元稳定吸合，调节测力计位置，使测力计顶针紧贴接触器触头支架的顶部，此时将测力计置零，再断开接触器线圈电压，记录此时测力计的数值则能够得到测力计对接触器触头支架的压力，由于触头支架是上述可动组件的一部分，因此动铁芯单元和静铁芯单元稳定吸合时电磁系统的最小电磁吸力等于测力计对触头支架的压力。
65.如图5所示，图5是图2中步骤s300的具体流程图，在图5的示例中，步骤s300包括但不限于步骤s310和步骤s320。
66.步骤s310，将预设的电磁系统模型导入至有限元分析软件；
67.步骤s320，将释放电压和总反力导入至有限元分析软件，以通过有限元分析软件根据释放电压和总反力更新电磁系统模型。
68.具体地，有限元分析软件可以采用maxwe l l软件，将预设的电磁系统模型导入到有限元分析软件maxwe l l中，利用试验中测量到的最小电磁吸力和对应于最小电磁吸力的释放电压更新电磁系统模型，使得有限元分析软件中的电磁系统模型的电磁特性与接触器的电磁特性一致，从而能够提高测算出的电磁吸力曲线的准确性。
69.具体地，通过在maxwe l l软件中设置动铁芯单元的位置以进行参数化计算可以得到电磁吸力随动铁芯单元位置变化的数据，进而可以描绘出接触器的电磁吸力曲线。
70.具体地，通过再maxwe l l软件中改变线圈单元的电压，频率或线圈匝数等工况参数，能够快速求得对应于不同工况参数的电磁吸力曲线，因此提高了测算效率。
71.如图6所示，图6是图5中步骤s320的具体流程图，在图6的示例中，步骤s320包括但不限于步骤s321和步骤s322。
72.步骤s321，根据释放电压和总反力确定附加气隙参数，附加气隙参数用于表征动铁芯单元和静铁芯单元相吸合的情况下，动铁芯单元和静铁芯单元相互贴合的极面之间的气隙；
73.步骤s322，通过有限元分析软件根据附加气隙参数更新电磁系统模型。
74.附加气隙参数用于表征动铁芯单元和静铁芯单元相吸合的情况下，动铁芯单元和静铁芯单元相互贴合的极面之间的气隙，通过在有限元分析软件中模拟动铁芯单元和静铁芯单元之间的附加气隙，能够使电磁系统模型的电磁特性与接触器的电磁特性一致性更高，从而进一步地提高测算出的电磁吸力曲线的准确性
75.另外，参照图7，图7是本发明一个实施例提供的电磁吸力测算设备200的示意图，该设备包括：存储器220、处理器210及存储在存储器220上并可在处理器210上运行的计算机程序。
76.处理器210和存储器220可以通过总线或者其他方式连接。
77.存储器220作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器220可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器220可选包括相对于处理器210远程设置的远程存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该处理器210。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部
网、局域网、移动通信网及其组合。
78.实现上述实施例的电磁吸力测算方法所需的非暂态软件程序以及指令存储在存储器220中，当被处理器210执行时，执行上述实施例中的电磁吸力测算方法，例如，执行以上描述的图2至图6中的方法步骤。
79.此外，本发明的一个实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个处理器或控制器执行，例如，被上述装置实施例或设备实施例中的一个处理器执行，可使得上述处理器执行上述实施例中的电磁吸力测算方法，例如，执行以上描述的图2至图6的方法步骤。
80.本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
81.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。