电磁继电器功能模块的电磁敏感性研究

论文摘要

电磁继电器具有灵敏度高、功耗低、体积小、质量轻、转换深度大等优点,广泛应用于航空航天、武器装备以及工业控制等领域,是电力电子、通讯信息、遥控检测系统中的重要元器件。而电磁继电器功能模块则是将两组或多组独立的继电器结构密封在同一壳体内以完成特定功能,其电磁兼容性问题的研究是保证系统可靠性的关键。以往针对电磁继电器的电磁兼容分析多采用试验方法,缺少理论模型,且常把电磁继电器作为干扰源进行分析,而对其本身抗电磁干扰性能的研究工作很少。目前国军标亦未对电磁继电器的电磁兼容性提出要求,这为武器系统中由继电器引发的电磁兼容性问题埋下隐患。此外,继电器生产厂家产品手册上也未明确给出电磁兼容指标。因此,本文以某型号电磁继电器功能模块为例,研究其内部两继电器之间的电磁干扰问题,及其受到外部磁场和传导干扰情况下的理论建模问题,并定量分析各种干扰对继电器功能模块的影响。首先,本文建立了拍合式电磁继电器功能模块动态特性数学模型,针对功能模块三种典型内部结构和不同工作状态,从吸合力矩、吸合时间,以及串扰磁场对另一衔铁产生的干扰力矩三个方面,定量分析给出了两继电器之间的电磁干扰情况,并通过实验证明了模型的正确性。为提高工作效率,提出了基于等效磁路法的继电器功能模块内部干扰快速分析方法。该方法能有效给出两继电器之间的干扰力矩,且较有限元法省时,具有较高的实用价值。然后,针对电磁继电器功能模块受外部磁场干扰的问题,提出了外部磁场干扰下的继电器电磁系统建模和分析方法,确定了电磁继电器功能模块受磁场干扰的最敏感方向,并研究了该敏感方向上恒定和工频干扰磁场对其动静态特性的影响,得到不同工作状态下继电器承受外部干扰磁场的临界值,以及衔铁所受电磁力矩、吸合时间、吸合速度、线圈电流等参数随磁场变化的规律。其次,建立传导干扰的电磁继电器功能模块数学模型,通过分析传导干扰对功能模块工作特性的影响,得到了功能模块在四种传导干扰下的工作特性变化规律。研究表明,浪涌和短时中断对电磁继电器功能模块的影响最严重;尖峰干扰和电压跌落程度较强时,也会对继电器产生较强干扰。最后,为解决继电器电磁敏感性测试的多样性、复杂化问题,研制了继电器功能模块电磁敏感性的网络化测试系统。设计并实现了恒定和交变磁场发生器及尖峰电压发生器,并通过实验验证了之前理论建模和分析结果的正确性。本研究对于提高电磁继电器功能模块的设计质量、电磁兼容指标和可靠性指标具有重要的理论意义和实用价值,其关键技术可推广应用到其他类似结构的电器开关产品设计中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 课题的研究目的和意义
• 1.3 课题的国内外相关研究现状
• 1.3.1 电磁兼容技术发展及研究现状
• 1.3.2 继电器电磁兼容标准研究现状
• 1.3.3 电磁继电器及其功能模块的电磁兼容技术研究现状
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 电磁继电器功能模块内部电磁干扰分析
• 2.1 引言
• 2.2 电磁继电器功能模块结构
• 2.3 电磁继电器功能模块的数学模型
• 2.3.1 电磁继电器功能模块的理论建模
• 2.3.2 电磁继电器功能模块有限元模型
• 2.4 电磁继电器功能模块内部电磁干扰对其特性的影响分析
• 2.4.1 电磁继电器功能模块的静态特性分析
• 2.4.2 电磁继电器功能模块的动态特性分析
• 2.4.3 电磁继电器功能模块之间的干扰力矩分析
• 2.4.4 实验验证
• 2.5 电磁继电器功能模块内部干扰的快速分析方法
• 2.5.1 电磁继电器功能模块等效磁路模型的建立
• 2.5.2 电磁继电器功能模块的磁路分析
• 2.5.3 快速分析方法和有限元法的比较
• 2.6 本章小结
• 第3章 磁场干扰对电磁继电器功能模块的影响分析
• 3.1 引言
• 3.2 磁场干扰下的电磁继电器功能模块建模
• 3.2.1 干扰磁场源的建立
• 3.2.2 干扰磁场的模型及加载
• 3.2.3 磁场干扰敏感方向
• 3.3 恒定磁场对电磁继电器功能模块特性的影响分析
• 3.3.1 恒定磁场对电磁继电器功能模块静态特性的影响分析
• 3.3.2 恒定磁场对电磁继电器功能模块动态特性的影响分析
• 3.3.3 恒定磁场对电磁继电器功能模块电磁力矩的影响分析
• 3.4 工频磁场对电磁继电器功能模块特性的影响分析
• 3.4.1 工频磁场干扰加载
• 3.4.2 工频磁场对电磁继电器功能模块电磁力矩的影响分析
• 3.4.3 工频磁场对电磁继电器功能模块动态特性的影响分析
• 3.4.4 工频磁场对衔铁吸合速度的影响分析
• 3.4.5 工频磁场对线圈电流的影响分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 传导干扰对电磁继电器功能模块的影响分析
• 4.1 引言
• 4.2 传导干扰下的电磁继电器功能模块数学模型
• 4.3 尖峰电压对电磁继电器功能模块的影响分析
• 4.3.1 尖峰电压的加载
• 4.3.2 尖峰电压对电磁继电器功能模块特性的影响分析
• 4.4 浪涌对电磁继电器功能模块的影响分析
• 4.4.1 浪涌的加载
• 4.4.2 浪涌对电磁继电器功能模块特性的影响分析
• 4.5 短时中断对电磁继电器功能模块的影响分析
• 4.5.1 高阻抗状态下的短时中断
• 4.5.2 低阻抗状态下的短时中断
• 4.6 电压暂降对电磁继电器功能模块的影响分析
• 4.6.1 电压暂降 60%对继电器动态特性的影响分析
• 4.6.2 电压暂降时刻和继电器所能承受的暂降持续时间的关系
• 4.7 本章小结
• 第5章 电磁干扰对功能模块特性影响的实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 恒定磁场发生器设计
• 5.2.1 恒定磁场发生器实现方案
• 5.2.2 磁系统设计及均匀度测试
• 5.3 交变磁场发生器设计
• 5.3.1 交变磁场发生器实现方案
• 5.3.2 磁场测试
• 5.4 尖峰电压发生器设计
• 5.4.1 发生器设计方案
• 5.4.2 实验波形
• 5.5 网络化测试系统的研制
• 5.5.1 测试系统的总体设计方案
• 5.5.2 测试系统的软件构成
• 5.5.3 实验方法
• 5.6 磁场干扰对电磁继电器功能模块特性影响的实验
• 5.6.1 恒定磁场干扰实验
• 5.6.2 工频磁场干扰实验
• 5.7 传导干扰对电磁继电器功能模块特性影响的实验
• 5.7.1 尖峰电压干扰实验
• 5.7.2 浪涌干扰实验
• 5.7.3 短时中断干扰实验
• 5.7.4 电压暂降干扰实验
• 5.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 个人简历