新型大功率直流继电器建模与仿真分析

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2023.08.002

电器与能效管理技术 ›› 2023, Vol. 0 ›› Issue (8): 10-16.doi: 10.16628/j.cnki.2095-8188.2023.08.002

新型大功率直流继电器建模与仿真分析

李敏¹, 陈平¹^,²

1.北京化工大学机电工程学院, 北京 100029
2.宁波·金宸科技有限公司, 浙江宁波 315506

收稿日期:2023-03-04 出版日期:2023-08-30 发布日期:2023-10-19
作者简介:李敏(1998—),女,硕士研究生,研究方向为高压直流继电器及压力容器。|陈平(1963—),男,副教授,博士,研究方向为压力容器结构分析及优化、机械元器件结构开发研究及设计。

Modelingand Simulation Analysis of New High-Power DC Relays

LI Min¹, CHEN Ping¹^,²

1. School of Mechanical and Electrical Engineering,Beijing University of Chemical Technology,Beijing 100029, China
2. Ningbo Jinchen Technology Co., Ltd., Ningbo 315506, China

Received:2023-03-04 Online:2023-08-30 Published:2023-10-19

摘要/Abstract

摘要：

高压直流继电器的结构一般都十分紧凑,没有设置灭弧室,导致灭弧难度大。为此,研发了新型大功率直流继电器。区别于传统继电器,新型继电器利用电机带动齿轮传动机构进行动、静触头分离,小巧的传动机构使得分断间隙足够,可以达到12~15 mm,能够高效分断高电压大电流。基于磁流体动力学模型,使用Comsol Multiphysics有限元软件建立新型继电器二维对称模型,并对不同因素下的电弧进行仿真,分析不同因素与燃弧时间之间的关系,从而确定各个因素合适的取值范围,同时也证明了新型继电器的灭弧能力。

关键词: 高压继电器, 直流电弧, 磁流体动力学, 不同因素, 燃弧时间

Abstract:

The structure of high-voltage DC relay is generally very compac. The lack of an arc extinguishing chamber results in high difficulty in extinguishing the arc. In order to solve the existing problems, a new high-power DC relay is developed. Different from the traditional relay, the new type of relay utilizes a motor to drive a gear transmission mechanism to separate the dynamic and the static contacts. The compact transmission mechanism makes the breaking gap enough, which can reach 12~15 mm and effectively break the high voltage and high current. Based on the MHD model, using the Comsol Multiphysics finite element software to establish the new relay two-dimensional symmetrical model, the arcs of the relay under different factors are simulated and the relationship between different factors and the arcing time is analyzed, which can determine the appropriate value range of each factor and also prove the arcing ability of the new relay.

Key words: high voltage relay, DC arc, magnetohydrodynamics (MHD), different factors, arc time

中图分类号:

TM585

李敏, 陈平. 新型大功率直流继电器建模与仿真分析[J]. 电器与能效管理技术, 2023, 0(8): 10-16.

LI Min, CHEN Ping. Modelingand Simulation Analysis of New High-Power DC Relays[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2023, 0(8): 10-16.

图/表 16

图1

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参考文献 19

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参数	数值	参数	数值
电机电压/V	12	堵转电流/mA	1 200
空载转速/ (r·min^-1)	12 500× (1±10%)	堵转扭矩/ (g·cm)	80
线圈电阻/Ω	6	其他	有压敏电阻
空载电流/mA	100

电压/V	最高温度/K	最大速度/ (mm·s^-1)	分断时间/ ms
200	20 852	26.90	62
300	21 004	34.80	72
400	21 562	38.60	75
500	21 864	40.57	80
600	22 000	42.63	90
750	22 356	56.33	96
1 000	23 343	60.23	100

热力学参数	数值
热力学参数	空气	N₂	O₂
相对分子质量	29	28	32
黏度/ (10^-7Pa·S)	183.71	175.42	201.75
定容比热容/ [J·(g·K)^-1]	0.721	0.742	0.661
热导率/ [W/(m·K)^-1]	0.025 90	0.024 80	0.016 45

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