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)中實現(xiàn)電路通斷控制的核心器件，其動態(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動過程中氣隙動態(tài)變化對磁場分布的影響。尤其在分合閘瞬態(tài)過程中，由于銜鐵位移與氣隙磁導(dǎo)率呈強非線性關(guān)系，現(xiàn)有技術(shù)依賴經(jīng)驗公式或離線標定數(shù)據(jù)，導(dǎo)致磁場強度計算偏差隨仿真時長累積，磁滯效應(yīng)補償不足，無法準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耦合時，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)，計算效率低下且易引發(fā)數(shù)值震蕩；而現(xiàn)有動態(tài)網(wǎng)格技術(shù)雖能局部調(diào)整，但缺乏與銜鐵運動狀態(tài)、磁滯補償?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動中的瞬時位移細節(jié)，導(dǎo)致位移-磁導(dǎo)率映射關(guān)系失真；
3、上述問題使得現(xiàn)有仿真模型在預(yù)測接觸器動態(tài)特性時誤差顯著，制約了高性能接觸器的優(yōu)化設(shè)計與壽命評估。
技術(shù)實現(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)中提出的問題，其中需解決的核心問題包括如何實現(xiàn)銜鐵位移數(shù)據(jù)高精度采集與動態(tài)氣隙磁導(dǎo)率修正，以解決電磁-流體場耦合仿真中磁滯效應(yīng)補償不足、網(wǎng)格自適應(yīng)能力差及計算效率低的問題；以及如何通過動態(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)問題。
2、為實現(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、通過在銜鐵運動軌跡的閉合臨界點、最大分閘位移點及運動方向轉(zhuǎn)折點設(shè)置位移傳感器虛擬節(jié)點，并配置獨立數(shù)據(jù)采集通道及重疊檢測區(qū)域，消除測量誤差，保證位移數(shù)據(jù)采集精度；進一步采用滑動平均濾波與三次樣條插值算法對非均勻采樣的原始銜鐵位移數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，生成均勻間隔的位移數(shù)據(jù)序列，解決高速運動細節(jié)捕捉不足的問題；
4、結(jié)合分閘與合閘過程中相同位移點的氣隙磁導(dǎo)率差值生成磁滯補償系數(shù)，并通過方向標記動態(tài)更新，疊加閉合臨界點的振蕩抑制因子修正幅值，實現(xiàn)磁滯效應(yīng)的實時補償，構(gòu)建包含基準氣隙磁導(dǎo)率、磁滯補償系數(shù)及運動狀態(tài)的動態(tài)映射關(guān)系表，為氣隙磁導(dǎo)率動態(tài)修正提供精準數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
5、s2、基于動態(tài)映射關(guān)系表中的基準氣隙磁導(dǎo)率與磁滯補償系數(shù)實時修正磁導(dǎo)率，通過自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)對氣隙區(qū)域進行高密度網(wǎng)格劃分，結(jié)合時域有限差分法求解三維瞬態(tài)麥克斯韋方程組，生成包含磁場強度梯度分布、電磁力密度分布及動態(tài)更新區(qū)域坐標集的動態(tài)耦合邊界條件；通過磁場梯度閾值篩選需實時刷新的邊界單元集合，驅(qū)動流體場仿真模塊的局部網(wǎng)格形變計算，解決傳統(tǒng)固定網(wǎng)格無法適應(yīng)動態(tài)氣隙變化的問題；
6、s3、在流體場仿真模塊中，根據(jù)動態(tài)耦合邊界條件的磁場強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-流體場參數(shù)無縫耦合；
7、結(jié)合銜鐵位移數(shù)據(jù)的變化率動態(tài)調(diào)整形變靈敏度，當變化率超過設(shè)定變化閾值時激活形變裕度放大模式，提升節(jié)點最大允許形變量，并基于變化趨勢預(yù)測電弧擴展方向調(diào)整形變參數(shù)，同步關(guān)聯(lián)磁滯補償系數(shù)優(yōu)化節(jié)點形變自由度，解決電弧區(qū)域網(wǎng)格畸變導(dǎo)致的仿真失穩(wěn)問題。
8、s4、通過動態(tài)映射關(guān)系表提取基準氣隙磁導(dǎo)率的梯度值與銜鐵位移數(shù)據(jù)的變化率，當兩者超過對應(yīng)閾值時標記為形變敏感區(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網(wǎng)格畸變率閾值的子網(wǎng)格單元，同步更新節(jié)點坐標與邊界連接關(guān)系，并通過非匹配界面插值算法與主網(wǎng)格重新耦合，在保持主網(wǎng)格拓撲結(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題。
9、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
10、通過位移傳感器虛擬節(jié)點的多位置部署與數(shù)據(jù)一致性校驗，結(jié)合滑動平均濾波及三次樣條插值算法消除銜鐵高速運動中的位移采集噪聲，確保動態(tài)映射關(guān)系表中基準氣隙磁導(dǎo)率與磁滯補償系數(shù)的數(shù)據(jù)可靠性；基于實時修正的基準氣隙磁導(dǎo)率驅(qū)動電磁場仿真模塊的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分，通過動態(tài)耦合邊界條件精準傳遞磁場強度梯度與電磁力密度分布至流體場，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-流場耦合相位偏差；
11、采用可變形子網(wǎng)格嵌套技術(shù)結(jié)合位移變化率動態(tài)調(diào)整形變靈敏度，同步關(guān)聯(lián)磁滯補償系數(shù)補償材料剩磁影響，抑制觸點彈跳引起的局部畸變，維持電弧等離子體溫度梯度與流場連續(xù)性方程的收斂穩(wěn)定性；通過主網(wǎng)格拓撲保持與形變敏感區(qū)域的閾值篩選機制，在非電弧區(qū)域網(wǎng)格固定的前提下，針對畸變超限的子網(wǎng)格單元快速執(zhí)行局部重組計算，避免全域網(wǎng)格重構(gòu)的計算資源消耗，提升電磁-流體雙向耦合仿真的迭代效率與動態(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)點的設(shè)置位置包括銜鐵運動軌跡的閉合臨界點、最大分閘位移點及運動方向轉(zhuǎn)折點；各位移傳感器虛擬節(jié)點配置獨立數(shù)據(jù)采集通道，并在分閘加速段與減速段交界處設(shè)置重疊檢測區(qū)域，通過相鄰位移傳感器虛擬節(jié)點的數(shù)據(jù)一致性校驗消除測量誤差。
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中磁滯補償系數(shù)的生成包括提取分閘與合閘過程中相同位移點的氣隙磁導(dǎo)率差值，結(jié)合銜鐵位移數(shù)據(jù)的方向標記進行動態(tài)更新，并在閉合臨界點處疊加振蕩抑制因子修正磁滯補償系數(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中動態(tài)更新基準氣隙磁導(dǎo)率時，將修正后的基準氣隙磁導(dǎo)率輸入有限元求解器，采用自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)對氣隙區(qū)域進行高密度網(wǎng)格劃分，并通過時域有限差分法求解三維瞬態(tài)麥克斯韋方程組以生成動態(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，所述動態(tài)耦合邊界條件包含磁場強度梯度分布、電磁力密度分布及動態(tài)更新區(qū)域坐標集；所述動態(tài)更新區(qū)域坐標集通過磁場梯度閾值篩選生成，用于驅(qū)動流體場仿真模塊的局部網(wǎng)格形變計算。
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，根據(jù)磁場強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)磁場梯度閾值動態(tài)擴展或收縮形變子網(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，當銜鐵位移數(shù)據(jù)的變化率超過設(shè)定變化閾值時，激活形變裕度放大模式，并基于銜鐵位移數(shù)據(jù)的變化率的變化趨勢預(yù)測電弧形態(tài)擴展方向以調(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)域的篩選包括從動態(tài)映射關(guān)系表中提取基準氣隙磁導(dǎo)率的梯度值和銜鐵位移數(shù)據(jù)的變化率，當基準氣隙磁導(dǎo)率的梯度值和銜鐵位移數(shù)據(jù)的變化率超過對應(yīng)閾值時標記為形變敏感區(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)格重組算法通過重新劃分畸變率超過設(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)點坐標與邊界連接關(guān)系，并通過非匹配界面插值算法與主網(wǎng)格重新耦合。