Математическая итеративно-адаптационная модель электрической дуги в контактно-дугогасительных системах электромагнитных контакторов
Аннотация
Цель работы — создание математической итеративно-адаптационной модели процесса образования электрической дуги при расходящихся контактах, в воздушной среде, при атмосферном давлении в контактно-дугогасительных системах электромагнитных контакторов. Затронуты вопросы верификации математической модели, создания адаптивного приложения на базе математической модели с целью упрощения взаимодействия связки «конечный пользователь — модель».
Теоретическая проработка вопроса осуществлялась с помощью кроссплатформенного программного обеспечение COMSOL Multiphysics, базирующегося на конечно-элементном анализе.
Выполнена оценка степени адекватности результатов математической модели с помощью метода сравнения. При сравнении данных оценивали падение напряжения (согласно [17]) и данные падения напряжения, полученные в результате моделирования.
Разработана математическая модель. Проведена оценка адекватности расчета. Создано адаптивное приложение на базе математической модели.
Областью применения стали низковольтные контакторы низкого напряжения с гашением дуги в воздушной среде при атмосферном давлении, попадающие под действия ГОСТ IEC 60947-1—2017, ГОСТ IEC 60947-4—2021 и ГОСТ IEC 61095—2015.
Созданная математическая модель обладает хорошей сходимостью и позволяет описывать процессы образования и жизни электрической дуги в контактно-дугогасительных системах электромагнитных контакторов, при расходящихся контактах, в воздушной среде, при атмосферном давлении. Это дает возможность использовать ее для приближенного расчета коммутационной способности контактно-дугогасительных систем контакторов, а также оценить эффективность спроектированной системы в целом и, при необходимости, внести изменения в конструктив с целью улучшения показателей дугогашения.
Модель позволяет провести численный анализ динамического процесса коммутации контактно-дугогасительного контура при номинальных режимах и режимах редких коммутаций.
Разработанное итеративно-адаптационное приложение является эффективным инструментом, помогающим варьировать различные параметры системы под конкретные требования образца прототипа.
В совокупности, предложенные решения позволяют сократить различного рода издержки при разработке и доработке контактно-дугогасительных систем контакторов.
Литература
2. Cassie A.M. A New Theory are Rupture and Circuit Severity. CIGRE, 1939. Rep. 102.
3. Mayr O. Beiträge zur Theorie des Statschen und Des Dynamischen Lichtbogens // Arch. Elektrotechn. 1941. Bd. 7. No. 12. Pp. 588—608.
4. Hochrainer A. Eine Regelungstechnische Betrachtung des Elektrischen Lichtbogens // Kybernetische» Theorie des Lichtbogens. 1971. Bd. 92. Pp. 367—371.
5. Schwarz J. Berechnung von Schaltvorgängen mit Einer Zweifach Modifizicrten Mayr – Gleichung. 1972. Bd. 93. H. 7. Pp. 386—389.
6. Reider W., Urbaner J. New Aspects of Current Zero Research on Circuit — Breaker Reignition. A Theory of Thermal Non-equilibrium is Conditions. CIGRE, 1966. Rep. 107.
7. Sawicki A. Mathematical Models of the Electric Arc of Variable Geometrical Parameters Based on Static Voltage-current Characteristics // Proc. E3S Web of Conf. 2019. V. 84. P. 02012.
8. Воронин А.А., Кулаков П.А. Математическая модель электрической дуги // Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Серия «Технические науки». 2012. № 4(36). С. 155—162.
9. Киреев К.В. Интегральная модель электрической дуги // Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Серия «Технические науки». 2012. № 1(33). С. 134—141.
10. Верещагин Е.Н., Костюченко В.И. Модель электрической дуги в MATLAB / SIMULINK // Электротехника и электроэнергетика. 2013. № 2. С. 40—46.
11. Образцов Н.В., Фролов В.Я., Субботин Д.И. Моделирование дуги переменного тока в Comsol Multiphysics // Неделя науки СПбПУ: Материалы научной конференции с международным участием. СПб.: Издат.-полиграф. центр Политехн. ун-та., 2017. С. 131—134.
12. Ведешенков Н.А., Дергачев П.А., Кузнецова Е.А., Рыжов В.В. Моделирование низковольтной дуги постоянного тока // Электромеханика, электротехнические технологии, электротехнические материалы и компоненты: Материалы XVII Междунар. конф. М.: Знак, 2018. С. 262—263.
13. Курбатов П.А. Основы теории электрических аппаратов. М.: Лань, 2015. С. 334—349.
14. Квашнин А.О. Моделирование и разработка системы дугогашения низковольтного автоматического выключателя: дис. … канд. тех. наук. СПб.: Санкт-Петербургский ун-т Петра Великого, 2020.
15. Мышкин Н.К. и др. Электрические контакты. Долгопрудный: Издат. дом «Интеллект», 2008. С. 140—161.
16. Introduction to Application Builder in COMSOL [Электрон. ресурс] https://doc.comsol.com/5.4/doc/com.comsol.help.comsol/IntroductionToApplicationBuilder.pdf (дата обращения 30.08.2023).
17. Залесский А.М. Электрическая дуга отключения. М.: Госэнергоиздат, 1963. С. 13—16.
---
Для цитирования: Верстунин А.Ю., Ведешенков Н.А. Математическая итеративно-адаптационная модель электрической дуги в контактно-дугогасительных системах электромагнитных контакторов // Вестник МЭИ. 2024. № 2. С. 27—38. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-2-27-38
#
1. GOST IEC 60947-4—2021. Apparatura Raspredeleniya i Upravleniya Nizkovol'tnaya. Chast' 4-1. Kontaktory i Puskateli. Elektromekhanicheskie Kontaktory i Puskateli. (in Russian).
2. Cassie A.M. A New Theory are Rupture and Circuit Severity. CIGRE, 1939. Rep. 102.
3. Mayr O. Beiträge zur Theorie des Statschen und Des Dynamischen Lichtbogens. Arch. Elektrotechn. 1941;7;12:588—608.
4. Hochrainer A. Eine Regelungstechnische Betrachtung des Elektrischen Lichtbogens. Kybernetische» Theorie des Lichtbogens. 1971;92:367—371.
5. Schwarz J. Berechnung von Schaltvorgängen mit Einer Zweifach Modifizicrten Mayr – Gleichung. 1972;93;7:386—389.
6. Reider W., Urbaner J. New Aspects of Current Zero Research on Circuit — Breaker Reignition. A Theory of Thermal Non-equilibrium is Conditions. CIGRE, 1966. Rep. 107.
7. Sawicki A. Mathematical Models of the Electric Arc of Variable Geometrical Parameters Based on Static Voltage-current Characteristics. Proc. E3S Web of Conf. 2019;84:02012.
8. Voronin A.A., Kulakov P.A. Matematicheskaya Model' Elektricheskoy Dugi. Vestnik Samarskogo Gos. Tekhn. Un-ta. Seriya «Tekhnicheskie Nauki». 2012;4(36):155—162. (in Russian).
9. Kireev K.V. Integral'naya Model' Elektricheskoy Dugi. Vestnik Samarskogo Gos. Tekhn. Un-ta. Seriya «Tekhnicheskie Nauki». 2012;1(33):134—141. (in Russian).
10. Vereshchagin E.N., Kostyuchenko V.I. Model' Elektricheskoy Dugi v MATLAB / SIMULINK. Elektrotekhnika i Elektroenergetika. 2013;2:40—46. (in Russian).
11. Obraztsov N.V., Frolov V.Ya., Subbotin D.I. Modelirovanie Dugi Peremennogo Toka v Comsol Multiphysics. Nedelya Nauki SPBPU: Materialy Nauchnoy Konferentsii s Mezhdunarodnym Uchastiem. SPb.: Izdat.-poligraf. Tsentr Politekhn. Un-ta., 2017:131—134. (in Russian).
12. Vedeshenkov N.A., Dergachev P.A., Kuznetsova E.A., Ryzhov V.V. Modelirovanie Nizkovol'tnoy Dugi Postoyannogo Toka. Elektromekhanika, Elektrotekhnicheskie Tekhnologii, Elektrotekhnicheskie Materialy i Komponenty: Materialy XVII Mezhdunar. Konf. M.: Znak, 2018:262—263. (in Russian).
13. Kurbatov P.A. Osnovy Teorii Elektricheskikh Apparatov. M.: Lan', 2015:334—349. (in Russian).
14. Kvashnin A.O. Modelirovanie i Razrabotka Sistemy Dugogasheniya Nizkovol'tnogo Avtomaticheskogo Vyklyuchatelya: Dis. … Kand. Tekh. Nauk. Spb.: Sankt-Peterburgskiy Un-t Petra Velikogo, 2020. (in Russian).
15. Myshkin N.K. i dr. Elektricheskie Kontakty. Dolgoprudnyy: Izdat. Dom «Intellekt», 2008:140—161. (in Russian).
16. Introduction to Application Builder in COMSOL [Elektron. Resurs] https://doc.comsol.com/5.4/doc/com.comsol.help.comsol/IntroductionToApplicationBuilder.pdf (Data Obrashcheniya 30.08.2023).
17. Zalesskiy A.M. Elektricheskaya Duga Otklyucheniya. M.: Gosenergoizdat, 1963:13—16. (in Russian)
---
For citation: Verstunin A.Yu., Vedeshenkov N.A. An Iterative-adaptive Mathematical Model of Electric Arc in Contact-arc Quenching Systems of Electromagnetic Contactors. Bulletin of MPEI. 2024;2:27—38. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-2-27-38
