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《河北工业大学》 2016年
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基于触头动态接触压力信号的触头弹跳分析与试验研究

李俊峰  
【摘要】:触头弹跳不仅严重影响触头系统的性能,而且电弧对触头的烧蚀作用还会降低接触器的电寿命。现存的触头弹跳测试方法仅研究了触头断通信号和触桥的弹跳信号,还无法研究单个的触头的弹跳情况,鉴于此本文提出,触头动态接触压力信号同触头弹跳关系密切,应用触头动态接触压力信号综合分析同一相主触头上两对触头的弹跳才能真正评判该接触器触头的综合弹跳情况。但是迄今为止,对于触头接触压力测量,所有的专利和测试技术都是以静态的初压力和终压力为测试目的,能直接用于触头动态接触压力测量的传感器也很难找到。参考有关电器理论和传感器方面的技术资料,本文提出利用PVDF压电薄膜获得触头动态接触压力的方法,并利用触头动态接触压力信号对触头弹跳进行深入分析,研究触头弹跳与触头断通信号以及触头弹跳与合闸相角的关系,主要研究内容如下:(1)应用弹性力学理论分析了触头弹跳与触头动态接触压力的关系,推导了触头弹跳位移和触头动态接触压力的时程曲线方程,并研究了触头动态接触压力随触头弹跳变化的状况,为应用触头动态接触压力信号研究触头弹跳奠定了理论基础;应用高速摄影机技术对触头弹跳过程进行动力学分析,通过分析触头振动的原因,找出触头运动过程中的摆动(扭动)及振动的特点,以便深入分析接触器吸合时触头的弹跳过程,特别是无危险振动阶段的状况;(2)以交流接触器为例,利用PVDF压电薄膜制作交流接触器触头动态接触压力传感器,在对触头系统的结构特点、应力和应变进行理论分析的基础上,提出了应用直接法和弹性波测试法来获得触头动态接触压力信号,并对两种测试方法的优缺点进行了比较;给出了利用静触头系统应力应变的分布找出弹性波测试法中最佳测试点的分析方法;研究了基于摆式金属球撞击法的触头动态接触压力传感器标定技术,给出了触头动态接触压力传感器的输出电压与触头接触压力的关系;(3)研究了交流接触器动态特性测试系统的硬件组成和软件程序,使用该测试系统能清晰、准确地获得触头接触压力、线圈电压、电流以及铁心位移等各项交流接触器动态特性信号;(4)应用ADAMS软件对交流接触器触头动态接触压力进行了动态仿真,为触头动态接触压力的试验研究提供理论参考;(5)提出应用触头动态接触压力信号分析触头弹跳情况,并研究了同一触桥上两对触头的弹跳与触头断通信号及合闸相角的关系,同以往的测量触头弹跳的方法相比,触头接触压力信号能够给出更为全面、详尽的触头弹跳信息,为接触器的优化设计提供了有用的参考。
【关键词】:弹性力学 触头弹跳 触头接触压力 交流接触器 压电薄膜 弹性波 触桥
【学位授予单位】:河北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM572.2
【目录】:
  • 摘要4-6
  • ABSTRACT6-10
  • 第一章 绪论10-27
  • 1.1 研究背景和意义10-12
  • 1.2 触头弹跳测试的国内外研究现状及其发展趋势12-18
  • 1.2.1 交流接触器触头弹跳测试12-14
  • 1.2.2 交流接触器触头接触压力测试14-16
  • 1.2.3 交流接触器动态特性测试系统16-18
  • 1.3 虚拟样机技术18-19
  • 1.4 弹性波理论19-21
  • 1.5 PVDF压电薄膜在动态参数测试技术中的应用21-23
  • 1.6 小波分析及其在信号去噪中的应用23-25
  • 1.7 主要研究内容25-27
  • 第二章 触头接触压力随触头弹跳变化的理论分析27-46
  • 2.1 电接触理论概述27-28
  • 2.2 电接触内表面的微观图景28-29
  • 2.3 交流接触器触头弹跳(振动)基本理论29-35
  • 2.4 触头动态接触压力的理论计算及其随触头弹跳变化的分析35-41
  • 2.5 接触器吸合时触头弹跳过程的动力学分析41-44
  • 2.6 本章小结44-46
  • 第三章 交流接触器触头动态接触压力的测试方法研究46-65
  • 3.1 引言46
  • 3.2 触头动态接触压力直接测试法46-53
  • 3.2.1 PVDF压电薄膜测压原理46-47
  • 3.2.2 交流接触器触头动态接触压力测试的难点分析47-48
  • 3.2.3 解决办法48
  • 3.2.4 交流接触器触头动态接触压力传感器研究48-50
  • 3.2.5 触头动态接触压力的测试与结果分析50-53
  • 3.3 触头动态接触压力弹性波测试法53-58
  • 3.3.1 弹性波测试法的提出53-54
  • 3.3.2 弹性波测试法的测试原理54-56
  • 3.3.3 弹性波测试法的测试方法及试验结果分析56-58
  • 3.4 基于摆式金属球撞击法的触头动态接触压力传感器标定研究58-63
  • 3.4.1 触头动态接触压力传感器的标定方法研究59-61
  • 3.4.2 触头动态接触压力传感器的标定步骤和数据处理61-63
  • 3.5 本章小结63-65
  • 第四章 触头动态接触压力测试的软硬件实现65-82
  • 4.1 引言65
  • 4.2 交流接触器动态特性测试系统总体构成65-79
  • 4.2.1 交流接触器动态特性测试系统的硬件组成66-76
  • 4.2.2 交流接触器动态特性测试系统的软件平台76-79
  • 4.3 测试试验与结果分析79-81
  • 4.4 本章小结81-82
  • 第五章 交流接触器触头动态接触压力的仿真研究82-92
  • 5.1 引言82
  • 5.2 ADAMS仿真模型的设计流程82-84
  • 5.3 交流接触器三维实体建模84-89
  • 5.3.1 交流接触器的结构与工作原理84-87
  • 5.3.2 交流接触器三维实体模型87-89
  • 5.4 应用ADAMS进行运动仿真89-91
  • 5.5 本章小结91-92
  • 第六章 基于触头动态接触压力信号的触头弹跳研究92-103
  • 6.1 引言92
  • 6.2 触头接触压力小波降噪92-96
  • 6.3 应用触头接触压力信号对触头弹跳过程进行分析96-97
  • 6.4 触头弹跳过程与触头断通信号的关系研究97-99
  • 6.5 触头弹跳过程与合闸相角的关系研究99-102
  • 6.6 本章小结102-103
  • 第七章 结论103-105
  • 参考文献105-113
  • 攻读博士学位期间所取得的科研成果113-114
  • 致谢114

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