磁保持型航天电磁继电器性能提升与质量一致性设计

磁保持航天电磁继电器具有灵敏度高、发热小、功耗低、体积小等优点,广泛应用于运载火箭、卫星和空间站等航天装备,其性能与质量一致性直接影响航天装备的研发与服役进程,因此性能提升与质量一致性优化引起了广泛的关注。磁保持航天电磁继电器性能参数的计算精度和多性能互相制约下的寻优迭代效率,是影响磁保持航天电磁继电器优化效果的重要因素。该文针对最为典型、复杂的双磁钢差动式产品性能特征存在过零点、计算精度低、寻优收敛性差且效率低等特点,提出一种可适用于各类磁保持航天电磁继电器建模与迭代寻优的设计方法,即基于斯通纳-沃尔法斯模型和Preisach模型得到的非线性永磁体局部磁滞曲线,进而建立继电器虚拟样机模型,实现该继电器性能参数的准确计算。基于虚拟样机模型,使用模糊混沌展开得到代理模型的基函数,使用径向基函数方法修正实测结果与基函数计算结果之间的误差,建立性能特征代理模型,实现该磁保持航天电磁继电器性能参数的精确高效计算。在此基础上,揭示磁保持航天电磁继电器设计参数与性能特征之间的作用规律,改进差分进化算法,形成自适应最优种群迭代策略,提升寻优效率和寻优稳健性。以双磁钢差动式磁保持航天电磁继电器为例,验证所提方法的有效性。

航天继电器贮存过程吸合时间退化机理研究

航天继电器作为一种密封的电器元件,其贮存可靠性对于导弹等武器装备至关重要。如何测试评价航天继电器在贮存过程中性能及可靠性的衰退,是继电器用户和厂家非常关心的问题。利用开发的实验系统对某型号航天继电器进行了贮存加速实验,得到了吸合时间的变化规律。分析并验证了贮存过程中吸合时间变化的主要原因是簧片应力松弛所导致的反力变化。通过仿真与实验均证实了吸合时间与簧片初力存在近似的线性关系,进而提出可采用吸合时间来表征簧片的应力松弛退化特性。建立了高温条件下继电器吸合时间的贮存退化模型,为进一步研究继电器贮存可靠性及贮存寿命预测奠定了基础。

基于EDA的开关电源健康状态评估方法研究

目前开关电源的预测与健康管理研究多基于某特定应力下的监测数据,其应力剖面固定,难以推广应用到应力随机组合的实际场合中。通过对所建立的高精度仿真模型中注入定量退化的方式,基于EDA技术开展了开关电源整体健康状态评估方法的研究。采用试验设计的方法,构建电源退化特征标准数据库,并采用最小二乘拟合方法,确定应力因素与系统输出的函数关系。进而可评估得到任意应力组合作用下电源的实际健康状态。某反激开关电源的实际健康状态评估结果表明了所提出的方法有效可用。

电磁继电器动态特性综合测试系统

采用激光反射法使衔铁在高速线阵CCD上成像,通过对CCD数字图像信号的处理,得到电磁继电器衔铁的动作特性;并同步监测触点电压及线圈电流,在得到相应时间参数及电特性参数的同时,为在同一时间坐标下分析衔铁位移特性、触点状态以及线圈电流提供了测试手段。

某LED开关电源的高加速寿命试验研究

LED作为新兴固态照明系统,其驱动电源的可靠性也引起了广泛的关注。高加速寿命试验作为可靠性强化试验,可以在较短时间内激发电子系统的故障模式。文中以某LED驱动用开关电源为对象,对其高加速寿命试验进行了研究。首先分析了该电源的基本结构与工作原理,确定其失效判据。设计了随机振动步进应力试验方案,得到该电子系统的可靠性薄弱环节,为其可靠性设计提供依据。

电磁继电器簧片反力特性的通用计算方法

首先基于变形能法,对簧片柔度进行计算,然后在此基础上得到一种可求解任意形状触簧系统反力特性的通用计算方法。采用该方法对某型号电磁继电器的反力特性进行了计算,并以反力特性测试装置对该继电器反力特性进行了测试。结果表明,本文所给出通用计算方法的精度可满足工程应用要求。

触点开距对继电器交流电弧燃弧时间影响的研究

以某型交流负载超小型大功率继电器为研究对象,通过理论分析找到了触点开距与交流电弧提前过零相位角之间的关系,为降低继电器燃弧时间提供了理论依据。结合实际产品尺寸和加工工艺等限制因素,确定了增大继电器触点开距的方案,并通过试验对理论分析的结果进行了验证。

固态功率控制器国内外发展现状

航天器的全电化发展对其配电系统提出了更高的要求。固态功率控制器(SSPC)作为集继电器转换功能和断路器保护功能于一体的新型配电与保护执行器件,具有集成化、智能化等诸多优点,是未来航天器用配电器件的必然发展趋势。介绍了SSPC的工作原理,分析了国内外SSPC的发展现状,并对其未来技术发展趋势进行了展望。

基于有限元法的永磁直流电机三维稳态温度场分析

永磁直流电机在实际运行中由于各种损耗而引起发热问题,影响电机的可靠性及寿命。本文分析并推导了电机的等效热源,计算了定、转子各端面的散热系数,使用有限元软件ANSYS建立了永磁直流电机的三维有限元模型,对永磁直流电机进行三维温度场仿真,得到了电机额定状态下的温度分布。将仿真结果与热像仪测试数据进行比较,验证了仿真方法的有效性,为永磁直流电机的可靠性分析奠定了基础。

基于虚拟样机技术的超小型大功率继电器动态特性分析

基于虚拟样机技术,采用有限元软件Flux 3D和多体动力学仿真软件ADAMS,建立继电器的电磁系统和机械系统模型,并通过Matlab/Simulink对机械系统和电磁系统进行耦合计算,实现继电器的动态特性仿真分析。通过对仿真结果的分析发现,该继电器存在严重的释放回跳问题。通过仿真结果和试验结果对比,验证了模型的正确性,为继电器的结构优化和性能提升提供基础。

基于FPGA的固态功率控制器反时限过流保护技术

固态功率控制器集成了继电器、断路器等传统配电器件的功能,是全电化航天器配电系统的核心器件。反时限过流保护技术是固态功率控制器的关键技术,与配电系统的可靠性密切相关。简要介绍反时限过流保护曲线的分类以及反时限过流保护算法的原理,并基于FPGA多线程并行运行和频率高的优点,结合I2t曲线与"热记忆"算法实现了较为精确的反时限过流保护技术。仿真与实测验证了方法的有效性。

SiC MOSFET SPICE模型的建立与仿真分析

SiC MOSFET与Si MOSFET相比,具有耐高压、耐高温、频率快等诸多优点,得到了越来越广泛的应用。SPICE模型作为含SiC MOSFET电路仿真分析的基础,对其进行研究十分必要。以SPICE 1模型为例,介绍了基于LTspice的SiC MOSFET建模流程,通过MOS、体二极管、PCB寄生参数等建模过程,完成了SiC MOSFET SPICE 1模型的建立,并通过仿真分析验证了所建立模型的正确性。

力学环境载荷对运行状态下舵机影响的仿真研究

电动舵机是直升机等飞行器精确制导的关键部件。随机振动与冲击将直接影响其工作特性。基于多软件联合仿真,提出了一种可用于分析力学环境对舵机工作状态影响的新方法。通过UG建立舵机模型,在应用ADAMS分析舵机正常工作时的力学特性的基础上,采用Patran/Nastran完成了随机振动分析和冲击特性分析,得到了振动、冲击激励对舵机结构和工作特性的影响。并利用振动台进行扫频实验,实验结果表明,所提出的建模、仿真及相关分析方法可有效应用于电动舵机以及其他机电结构的耐力学分析与设计中。

转换型功率继电器静合触点粘接优化研究

静合触点粘接是导致转换型功率继电器失效的重要原因。以某型号转换型功率继电器为研究对象,首先通过试验确定了触点释放回跳严重和电磁吸力下降是导致继电器失效的主要因素。然后通过更换簧片材料和优化尺寸参数来提高簧片刚度,抑制弹跳现象,同时增大线圈安匝保证继电器在电磁吸力下降后仍能稳定吸合。最后通过寿命试验对优化方案进行了验证。

基于寿命周期成本的高压电源容差设计方法

为了同时满足稳健性和可靠性的目标,提出了一种基于寿命周期成本模型的容差设计方法。以高压电源为研究目标,同时考虑电源元器件的容差和退化建立高压电源寿命周期成本模型。首先,建立寿命周期成本的数学模型,由与元器件容差相关的生产成本和与元器件退化相关的使用成本两部分组成;进而,通过对高压电源进行灵敏度分析,确定寿命周期成本模型考虑的元器件;然后,建立生产成本和使用成本的多目标优化模型,通过遗传算法NSGA-II获得Pareto最优解集。最后,通过优化前后产品成本的对比结果验证了方法的有效性。

电磁继电器簧片反力特性通用计算软件系统的开发

继电器的反力特性对于继电器的设计研制、装配调试以及可靠运行均具有重要作用。簧片的柔度是反力特性计算的基础。本文基于变形能法,对簧片的柔度进行计算,进而得到可求解任意形状触簧系统反力特性的通用计算方法。采用该方法计算了某型号电磁继电器的反力特性,并用测试装置对该继电器反力特性进行了测试,结果表明本文所给出的通用计算方法的精度可满足工程应用的要求。在此基础上,本文采用V isualC++对该方法进行了软件实现,编制了工程化软件系统。计算分析过程表明,电磁继电器反力特性通用计算软件系统界面友好、建模方便、计算速度快,可为继电器设计及研究提供一定的帮助。

基于三维磁场仿真分析的含永磁继电器等效磁路模型的建立

具有非线性B-H特性曲线永磁体的等效是影响含永磁继电器等效磁路计算准确度的重要因素之一。首先通过有限元软件对永磁进行三维磁场仿真分析,获得永磁各截面磁感应强度分布曲线,根据曲线特点对永磁进行分段等效,给出各段永磁等效磁动势的求解方法。在此基础上,针对某型号含永磁继电器磁系统的具体结构,建立其等效磁路模型,计算继电器的吸力特性。最后将计算结果与三维有限元磁场仿真结果及实际测试结果进行比较,该磁路模型能够将吸力计算误差减小到10%以内,成为继电器可靠性设计计算吸力特性的有效方法。

具有回跳特征的电磁继电器动态反力计算模型

电磁继电器触点的碰撞接触及所引起的回跳是影响继电器可靠性与电寿命的重要因素。传统的动态特性计算中,大多对此回避或仅作简化处理。本文提出了具有回跳特征的继电器动态反力计算模型。它通过分别建立衔铁与各触簧的动力学方程,将簧片结构等效为弹簧?振子模型,采用弹簧?阻尼模型计算连续接触力等方法得到动态反力特性。得到的动态反力特性包括触点间接触力、推杆接触力和各部件的运动速度及位移。经仿真与实验验证,使用该计算模型得到的结果是正确的。计算结果还表明,控制触点闭合速度、减小簧片刚度可以减小触点回跳、控制衔铁速度、增大动合超程及空程可以避免触点二次回跳。

智能电表用磁保持继电器短路电流条件下触头斥开机理仿真研究

磁保持继电器作为智能电表的关键元器件之一,应具有良好的抗短路电流能力。该文以某型号智能电表用磁保持继电器触头系统为研究对象,分析磁保持继电器动触头斥开过程的受力情况。计算不同电流、不同触头间接触力和不同布氏硬度系数下的Holm力。建立继电器触头系统三维电磁场数值仿真模型,通过等效力臂的方法计算得到不同短路电流条件下动触头受到的安培力,还分析不同动触头侧导电杆（包括动簧片、大小分流片）长度下的动触头受到的安培力。同时,利用克力计测量触头间接触力等力的数据。根据理论分析和试验测量的结果,很好地解释了磁保持继电器动触头在短路电流条件下斥开的物理机理。结果表明,适当增加触头间接触力和动导电杆长度可以在一定程度上有效抑制触头斥开。该研究可为进一步提高智能电表用磁保持继电器的抗短路电流能力及触头系统优化设计提供参考。

基于性能退化和Monte-Carlo仿真的系统性能可靠性评估

以往性能可靠性的研究主要针对元器件或系统整体单独开展,缺乏将两者有效结合的研究方法,元器件厂家和用户的大量性能退化数据无法在系统早期设计中得到充分应用。为此,提出基于性能退化和电路仿真相结合的电子产品性能可靠性评估方法。首先根据电子系统原理建立电路仿真模型,再通过灵敏度分析确定导致系统性能参数变化的敏感元器件;之后,根据退化数据建立敏感元器件的性能参数退化模型,利用Monte-Carlo抽样和电路仿真获取系统性能参数的退化数据,进而实现性能可靠性评估。最后,以某型装备上的恒流电源为例具体说明实现过程,以验证该方法的有效性。