电磁继电器触点退化失效模型及电寿命稳健性研究

电寿命的分散性是制约电磁继电器性能提升的瓶颈因素。鉴于电弧侵蚀导致的触点性能衰退是决定电磁继电器失效（寿命）的主要因素，本项目首先提出一种建立电磁继电器触点退化失效模型的新方法，即在触点电弧侵蚀建模的基础上，引入累积损伤理论，通过研究不同失效模式下燃弧能量对触点侵蚀形貌几何形状参数的作用规律，得到可定量描述电磁继电器在特定负载循环作用下触点退化失效过程的宏观模型。在此基础上，分析线圈安匝、触簧厚度及宽度、超行程、触点间隙等下位特性参数对于继电器电寿命的非线性效应，并通过虚拟样本构造、试验设计、贡献率分析等过程，研究影响继电器电寿命稳健性（即抗分散性能力）的关键因素及其优化方法。本项目所研究的是开关电器的共性基础问题，拟建立的触点退化失效模型以及基于此提出的电寿命稳健性分析方法对于提高开关电器可靠性具有重要的科学意义与实用价值。

电寿命的分散性是制约电磁继电器性能提升的瓶颈因素。考虑到电弧侵蚀导致的触点性能衰退是决定电磁继电器电寿命的主要因素，我们首先对电弧侵蚀模型进行了探索性的研究。建立了分断电弧的三维磁流体动力学模型。研究了不同分断条件下电弧电压、燃弧时间、触头烧蚀量等参数，给出了热力学环境对电弧特性和触头烧蚀特性的影响规律。而后，搭建了线圈安匝和接触配合参数（包括超行程、触点间隙等）可调、触簧及触点形式可更换的开放式电磁继电器半实物模型。基于该半实物仿真实验模型，对继电器寿命过程中的触点侵蚀问题进行了研究。在发现触点形貌随动作次数变化随机性过强的情况下，将电寿命一致性问题进行简化处理。以电磁继电器质量一致性为目标，研究了其参数设计及容差设计方法。提出了基于非线性效应分析的继电器设计参数及工序控制参数优化方法，在不改变参数容差及工艺状态的情况下实现了电寿命稳健性的有效提升；提出了一种基于“分步优化”及“逐渐逼近”思想的容差优化分配方法，解决了传统容差分析方法（田口方法）准确性低、无法对容差方案在理论上直接验证的问题。