本發(fā)明涉及仿真建模分析，具體為應(yīng)用于交流接觸器電磁流體仿真建模分析方法。
背景技術(shù)：
1、交流接觸器作為電力系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電路通斷控制的核心器件，其動(dòng)態(tài)特性直接影響設(shè)備可靠性及電弧抑制性能。傳統(tǒng)電磁流體仿真建模方法通常采用靜態(tài)網(wǎng)格劃分與固定磁導(dǎo)率參數(shù)，難以精確描述銜鐵高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中氣隙動(dòng)態(tài)變化對(duì)磁場(chǎng)分布的影響。尤其在分合閘瞬態(tài)過(guò)程中，由于銜鐵位移與氣隙磁導(dǎo)率呈強(qiáng)非線性關(guān)系，現(xiàn)有技術(shù)依賴經(jīng)驗(yàn)公式或離線標(biāo)定數(shù)據(jù)，導(dǎo)致磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算偏差隨仿真時(shí)長(zhǎng)累積，磁滯效應(yīng)補(bǔ)償不足，無(wú)法準(zhǔn)確反映交變電流下的剩磁與渦流損耗。
2、此外，電弧等離子體與流場(chǎng)耦合時(shí)，傳統(tǒng)固定網(wǎng)格因電弧形態(tài)劇烈變化產(chǎn)生局部畸變，需頻繁全局網(wǎng)格重構(gòu)，計(jì)算效率低下且易引發(fā)數(shù)值震蕩；而現(xiàn)有動(dòng)態(tài)網(wǎng)格技術(shù)雖能局部調(diào)整，但缺乏與銜鐵運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、磁滯補(bǔ)償?shù)膮f(xié)同控制，難以平衡精度與穩(wěn)定性。在數(shù)據(jù)采集層面，常規(guī)位移傳感器受限于物理安裝位置與采樣頻率固定，難以捕捉銜鐵高速運(yùn)動(dòng)中的瞬時(shí)位移細(xì)節(jié)，導(dǎo)致位移-磁導(dǎo)率映射關(guān)系失真；
3、上述問(wèn)題使得現(xiàn)有仿真模型在預(yù)測(cè)接觸器動(dòng)態(tài)特性時(shí)誤差顯著，制約了高性能接觸器的優(yōu)化設(shè)計(jì)與壽命評(píng)估。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供應(yīng)用于交流接觸器電磁流體仿真建模分析方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題，其中需解決的核心問(wèn)題包括如何實(shí)現(xiàn)銜鐵位移數(shù)據(jù)高精度采集與動(dòng)態(tài)氣隙磁導(dǎo)率修正，以解決電磁-流體場(chǎng)耦合仿真中磁滯效應(yīng)補(bǔ)償不足、網(wǎng)格自適應(yīng)能力差及計(jì)算效率低的問(wèn)題；以及如何通過(guò)動(dòng)態(tài)網(wǎng)格重組與彈性形變控制，解決電弧區(qū)域網(wǎng)格畸變導(dǎo)致的仿真失穩(wěn)問(wèn)題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：應(yīng)用于交流接觸器電磁流體仿真建模分析方法，其方法步驟包括：
3、s1、通過(guò)在銜鐵運(yùn)動(dòng)軌跡的閉合臨界點(diǎn)、最大分閘位移點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)折點(diǎn)設(shè)置位移傳感器虛擬節(jié)點(diǎn)，并配置獨(dú)立數(shù)據(jù)采集通道及重疊檢測(cè)區(qū)域，消除測(cè)量誤差，保證位移數(shù)據(jù)采集精度；進(jìn)一步采用滑動(dòng)平均濾波與三次樣條插值算法對(duì)非均勻采樣的原始銜鐵位移數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，生成均勻間隔的位移數(shù)據(jù)序列，解決高速運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)捕捉不足的問(wèn)題；
4、結(jié)合分閘與合閘過(guò)程中相同位移點(diǎn)的氣隙磁導(dǎo)率差值生成磁滯補(bǔ)償系數(shù)，并通過(guò)方向標(biāo)記動(dòng)態(tài)更新，疊加閉合臨界點(diǎn)的振蕩抑制因子修正幅值，實(shí)現(xiàn)磁滯效應(yīng)的實(shí)時(shí)補(bǔ)償，構(gòu)建包含基準(zhǔn)氣隙磁導(dǎo)率、磁滯補(bǔ)償系數(shù)及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)映射關(guān)系表，為氣隙磁導(dǎo)率動(dòng)態(tài)修正提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
5、s2、基于動(dòng)態(tài)映射關(guān)系表中的基準(zhǔn)氣隙磁導(dǎo)率與磁滯補(bǔ)償系數(shù)實(shí)時(shí)修正磁導(dǎo)率，通過(guò)自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)對(duì)氣隙區(qū)域進(jìn)行高密度網(wǎng)格劃分，結(jié)合時(shí)域有限差分法求解三維瞬態(tài)麥克斯韋方程組，生成包含磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度分布、電磁力密度分布及動(dòng)態(tài)更新區(qū)域坐標(biāo)集的動(dòng)態(tài)耦合邊界條件；通過(guò)磁場(chǎng)梯度閾值篩選需實(shí)時(shí)刷新的邊界單元集合，驅(qū)動(dòng)流體場(chǎng)仿真模塊的局部網(wǎng)格形變計(jì)算，解決傳統(tǒng)固定網(wǎng)格無(wú)法適應(yīng)動(dòng)態(tài)氣隙變化的問(wèn)題；
6、s3、在流體場(chǎng)仿真模塊中，根據(jù)動(dòng)態(tài)耦合邊界條件的磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度分布與電磁力密度分布，從主網(wǎng)格中分離電弧區(qū)域網(wǎng)格生成形變子網(wǎng)格，采用非匹配界面插值算法建立形變子網(wǎng)格與主網(wǎng)格的邊界數(shù)據(jù)傳遞通道，確保電磁-流體場(chǎng)參數(shù)無(wú)縫耦合；
7、結(jié)合銜鐵位移數(shù)據(jù)的變化率動(dòng)態(tài)調(diào)整形變靈敏度，當(dāng)變化率超過(guò)設(shè)定變化閾值時(shí)激活形變?cè)６确糯竽Ｊ?，提升?jié)點(diǎn)最大允許形變量，并基于變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)電弧擴(kuò)展方向調(diào)整形變參數(shù)，同步關(guān)聯(lián)磁滯補(bǔ)償系數(shù)優(yōu)化節(jié)點(diǎn)形變自由度，解決電弧區(qū)域網(wǎng)格畸變導(dǎo)致的仿真失穩(wěn)問(wèn)題。
8、s4、通過(guò)動(dòng)態(tài)映射關(guān)系表提取基準(zhǔn)氣隙磁導(dǎo)率的梯度值與銜鐵位移數(shù)據(jù)的變化率，當(dāng)兩者超過(guò)對(duì)應(yīng)閾值時(shí)標(biāo)記為形變敏感區(qū)域；基于形變子網(wǎng)格的畸變率數(shù)據(jù)，采用局部網(wǎng)格重組算法重新劃分畸變率超過(guò)網(wǎng)格畸變率閾值的子網(wǎng)格單元，同步更新節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)與邊界連接關(guān)系，并通過(guò)非匹配界面插值算法與主網(wǎng)格重新耦合，在保持主網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)固定的前提下，解決全域網(wǎng)格畸變率超限導(dǎo)致的仿真精度下降問(wèn)題。
9、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
10、通過(guò)位移傳感器虛擬節(jié)點(diǎn)的多位置部署與數(shù)據(jù)一致性校驗(yàn)，結(jié)合滑動(dòng)平均濾波及三次樣條插值算法消除銜鐵高速運(yùn)動(dòng)中的位移采集噪聲，確保動(dòng)態(tài)映射關(guān)系表中基準(zhǔn)氣隙磁導(dǎo)率與磁滯補(bǔ)償系數(shù)的數(shù)據(jù)可靠性；基于實(shí)時(shí)修正的基準(zhǔn)氣隙磁導(dǎo)率驅(qū)動(dòng)電磁場(chǎng)仿真模塊的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分，通過(guò)動(dòng)態(tài)耦合邊界條件精準(zhǔn)傳遞磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度與電磁力密度分布至流體場(chǎng)，減少傳統(tǒng)方法中因氣隙磁導(dǎo)率滯后更新導(dǎo)致的磁場(chǎng)-流場(chǎng)耦合相位偏差；
11、采用可變形子網(wǎng)格嵌套技術(shù)結(jié)合位移變化率動(dòng)態(tài)調(diào)整形變靈敏度，同步關(guān)聯(lián)磁滯補(bǔ)償系數(shù)補(bǔ)償材料剩磁影響，抑制觸點(diǎn)彈跳引起的局部畸變，維持電弧等離子體溫度梯度與流場(chǎng)連續(xù)性方程的收斂穩(wěn)定性；通過(guò)主網(wǎng)格拓?fù)浔３峙c形變敏感區(qū)域的閾值篩選機(jī)制，在非電弧區(qū)域網(wǎng)格固定的前提下，針對(duì)畸變超限的子網(wǎng)格單元快速執(zhí)行局部重組計(jì)算，避免全域網(wǎng)格重構(gòu)的計(jì)算資源消耗，提升電磁-流體雙向耦合仿真的迭代效率與動(dòng)態(tài)工況適應(yīng)性。
1.應(yīng)用于交流接觸器電磁流體仿真建模分析方法，其特征在于，其方法步驟如下：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于交流接觸器電磁流體仿真建模分析方法，其特征在于，所述步驟s1中位移傳感器虛擬節(jié)點(diǎn)的設(shè)置位置包括銜鐵運(yùn)動(dòng)軌跡的閉合臨界點(diǎn)、最大分閘位移點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)折點(diǎn)；各位移傳感器虛擬節(jié)點(diǎn)配置獨(dú)立數(shù)據(jù)采集通道，并在分閘加速段與減速段交界處設(shè)置重疊檢測(cè)區(qū)域，通過(guò)相鄰位移傳感器虛擬節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)一致性校驗(yàn)消除測(cè)量誤差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于交流接觸器電磁流體仿真建模分析方法，其特征在于，所述銜鐵位移數(shù)據(jù)的采集過(guò)程具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于交流接觸器電磁流體仿真建模分析方法，其特征在于，所述步驟s1中磁滯補(bǔ)償系數(shù)的生成包括提取分閘與合閘過(guò)程中相同位移點(diǎn)的氣隙磁導(dǎo)率差值，結(jié)合銜鐵位移數(shù)據(jù)的方向標(biāo)記進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新，并在閉合臨界點(diǎn)處疊加振蕩抑制因子修正磁滯補(bǔ)償系數(shù)幅值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于交流接觸器電磁流體仿真建模分析方法，其特征在于，所述步驟s2中動(dòng)態(tài)更新基準(zhǔn)氣隙磁導(dǎo)率時(shí)，將修正后的基準(zhǔn)氣隙磁導(dǎo)率輸入有限元求解器，采用自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)對(duì)氣隙區(qū)域進(jìn)行高密度網(wǎng)格劃分，并通過(guò)時(shí)域有限差分法求解三維瞬態(tài)麥克斯韋方程組以生成動(dòng)態(tài)耦合邊界條件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用于交流接觸器電磁流體仿真建模分析方法，其特征在于，所述動(dòng)態(tài)耦合邊界條件包含磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度分布、電磁力密度分布及動(dòng)態(tài)更新區(qū)域坐標(biāo)集；所述動(dòng)態(tài)更新區(qū)域坐標(biāo)集通過(guò)磁場(chǎng)梯度閾值篩選生成，用于驅(qū)動(dòng)流體場(chǎng)仿真模塊的局部網(wǎng)格形變計(jì)算。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于交流接觸器電磁流體仿真建模分析方法，其特征在于，所述步驟s3中生成形變子網(wǎng)格時(shí)，根據(jù)磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度分布與電磁力密度分布，從主網(wǎng)格中分離電弧區(qū)域網(wǎng)格，采用非匹配界面插值算法建立形變子網(wǎng)格與主網(wǎng)格的邊界數(shù)據(jù)傳遞通道，并根據(jù)磁場(chǎng)梯度閾值動(dòng)態(tài)擴(kuò)展或收縮形變子網(wǎng)格覆蓋范圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用于交流接觸器電磁流體仿真建模分析方法，其特征在于，所述步驟s3中結(jié)合銜鐵位移數(shù)據(jù)的變化率調(diào)整形變子網(wǎng)格的形變靈敏度，當(dāng)銜鐵位移數(shù)據(jù)的變化率超過(guò)設(shè)定變化閾值時(shí)，激活形變?cè)６确糯竽Ｊ剑⒒阢曡F位移數(shù)據(jù)的變化率的變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)電弧形態(tài)擴(kuò)展方向以調(diào)整形變子網(wǎng)格的形變參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用于交流接觸器電磁流體仿真建模分析方法，其特征在于，所述步驟s4中形變敏感區(qū)域的篩選包括從動(dòng)態(tài)映射關(guān)系表中提取基準(zhǔn)氣隙磁導(dǎo)率的梯度值和銜鐵位移數(shù)據(jù)的變化率，當(dāng)基準(zhǔn)氣隙磁導(dǎo)率的梯度值和銜鐵位移數(shù)據(jù)的變化率超過(guò)對(duì)應(yīng)閾值時(shí)標(biāo)記為形變敏感區(qū)域，并基于形變子網(wǎng)格的畸變率數(shù)據(jù)執(zhí)行局部網(wǎng)格重組算法。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用于交流接觸器電磁流體仿真建模分析方法，其特征在于，所述局部網(wǎng)格重組算法通過(guò)重新劃分畸變率超過(guò)設(shè)定網(wǎng)格畸變率閾值的形變子網(wǎng)格，同步更新形變子網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)與邊界連接關(guān)系，并通過(guò)非匹配界面插值算法與主網(wǎng)格重新耦合。