Второй семестр · мультифизика и доказательство

Объяснить работу электромагнита и динамику аппарата

Второй семестр продолжает первый дополнительными механическими измерениями, моделью магнитной системы в COMSOL, связанной моделью MATLAB/Simulink, расчётом динамики срабатывания и расширенным анализом нагрева внутри корпуса.

Итог семестраМеханическая модель · поля и таблицы COMSOL · связанная модель MATLAB/Simulink · динамика срабатывания · нагрев · итоговая верификация

Полная модель контактора с электрическими, магнитными и механической подсистемами в MATLAB Simulink — Объединить эксперимент, COMSOL и MATLAB/Simulink в верифицируемую мультифизическую модель электромагнитного аппарата.

I семестробъект → измерения → CAD → контактный нагревII семестрмеханика → магнитное поле → динамика → верификация

Полное задание

Что необходимо выполнить

Объединить эксперимент, COMSOL и MATLAB/Simulink в верифицируемую мультифизическую модель электромагнитного аппарата.

01
Дополнительные механические измерения
Определить массы подвижных деталей, жёсткости контактных и возвратных пружин, ходы, воздушные зазоры, провалы контактов и уточнённые R–L-параметры катушки в разных состояниях магнитопровода.
02
Механическая характеристика
Экспериментально построить противодействующую механическую характеристику. В MATLAB/Simulink с использованием блоков Simscape задать массы, жёсткости, начальные деформации и ограничения хода, затем сопоставить расчётную характеристику с экспериментальной.
03
Магнитная система в COMSOL
Смоделировать катушку, магнитопровод и короткозамкнутый виток; обосновать свойства материалов, воздушные зазоры, возбуждение, граничные условия и сетку.
04
Полевые данные для MATLAB/Simulink
Получить в COMSOL зависимости силы и потокосцеплений катушки и короткозамкнутого витка от воздушного зазора и токов. Подготовить согласованные многомерные таблицы интерполяции для передачи в MATLAB/Simulink.
05
Связанная модель в MATLAB/Simulink
Объединить электрическую цепь катушки, цепь короткозамкнутого витка, блоки ЭДС и электромагнитной силы с механической подсистемой. Проверить размерности, знаки, начальные условия и работу таблиц COMSOL во всём диапазоне хода.
06
Динамика срабатывания
Рассчитать временные зависимости тока катушки, тока короткозамкнутого витка, электромагнитной силы и перемещения якоря; определить время включения и отпускания, исследовать влияние зазора, массы и параметров пружин.
07
Нагрев аппарата в корпусе
Расширить модель контактно-токоведущей системы до аппарата внутри корпуса, при необходимости добавить воздух и естественную конвекцию, исследовать номинальный и кратковременные режимы.
08
Итоговая верификация
Сопоставить экспериментальную и Simulink-механическую характеристики, тяговые характеристики COMSOL и MATLAB, а также расчётные и измеренные времена срабатывания. Оценить расхождения, чувствительность и границы применимости модели.

Инструменты семестра

От измерительного прибора до вычислительной модели

COMSOL Multiphysics
MATLAB/Simulink
CAD-геометрия I семестра
осциллографические данные
измерительная оснастка
техническая документация

Критерий инженерной работы

Доказательства важнее эффектной картинки

Результат должен быть связан с конкретным аппаратом, исходными данными и проверяемой постановкой.

Явно указать физические допущения, свойства материалов, начальные и граничные условия.
Проверить сеточную или временную сходимость для выбранной величины результата.
Не подгонять модель одним коэффициентом без физического объяснения и оценки чувствительности.
Сопоставлять расчёт и опыт в одинаковых режимах и единицах измерения.

Результаты студентов

Как выглядит результат

Примеры показывают ключевые этапы эксперимента, проектирования и моделирования.

Измерение сопротивления и индуктивности катушки управления контактора LCR-метром

R–L-параметры катушки управления

Сопротивление и индуктивность катушки измеряются при заданной частоте и затем проверяются на упрощённой модели без магнитопровода и с ним.

Кочнев В. А. · ЭЛ-12м-25

Взвешивание ходовой части контактора и подвижных контактов

Масса подвижной системы

Отдельное взвешивание ходовой части и контактов задаёт инерционные параметры механической подсистемы Simscape.

Кочнев В. А. · ЭЛ-12м-25

Возвратные и контактные пружины

Размеры, начальная деформация и экспериментальная жёсткость пружин определяют противодействующую механическую характеристику.

Кочнев В. А. · ЭЛ-12м-25

Механическая подсистема

Массы, пружины, упоры, воздушный зазор и ход контактов собраны в физическую схему, параметры которой взяты из измерений.

Козеной М. Ю. · ЭЛ-12м-25

Сравнение механической характеристики контактора в MATLAB с характеристикой по экспериментальным данным

Проверка механической подсистемы

Механическая характеристика, рассчитанная по параметрам пружин и ходовой части, сопоставлена с характеристикой, построенной по экспериментальным данным.

Козеной М. Ю. · ЭЛ-12м-25