关于磁保持继电器的电磁屏蔽研究
摘 要 本文通过ANSYS软件对磁保持继电器的电磁机构进行建模仿真分析，计算出了不同脉冲电流和不同旋转角度时的合力矩，绘制出了合力矩曲线图。从图中可以得出电磁机构稳定工作时所需的脉冲电流大小，为优化电磁机构提供了理论依据和有效手段。此方法快速准确地验证了磁保持继电器电磁系统的合理性，能够缩短产品研发周期，降低计算成本，提高工作效率。
关键词 磁保持继电器；电磁屏蔽；计算成本
引言
无功功率补偿关系着电网质量，可以降低电能损耗、提高电能利用率，在电力供电系统中广泛应用。无功功率补偿中电容元器件的准确稳定投入与切除是电网稳定工作的重要保证，是本文研究的重点。目前现有的电容元器件投切装置，常用的有交流接触器、晶闸管以及复合开关等。由于交流接触器的投切是随机的，在投入或者切除电容器时，会产生较大的涌流和过压，影响电容器质量和线路用电设备安全。
1 YK818B磁保持继电器
1.1 磁保持继电器的构成
本文针对YK818B磁保持继电器进行研究分析，线圈额定电压9VDC，单线圈电阻范围为[72Ω，89.1Ω]，线圈2500匝，额定电流范围[0.101A，0.125A]，额定功率1W。继电器带有一对常闭触点，最大切换电压为250VAC，最大切换电流为60A。继电器内部结构如图1所示，内部结构框图如图2所示，其内部结构由电磁系统、推动机构、触点系统、动簧片和分流片四个部分组成。电磁系统状态的变化使得推动机构运动，实现触点系统的闭合与关断，其中，动簧片具有载流、散热与提供反力的功能[1]。
1.2 电磁系统结构
磁保持继电器的电磁机构包括衔铁组件（包括永久磁铁和磁极片）、铁芯、轭铁和线圈，电磁机构简图如图1所示。永久磁铁型号采用Y30BH，轭铁和铁芯均采用电工纯铁（DT4E）。
2 静磁场干扰源对电磁系统的影响
本型号磁保持继电器多用于高精度智能电表等领域，其中主要的静磁场干扰源是电磁铁，因此本文选用六个方向充磁的永久磁钢模拟继电器受到的静磁场干扰，外加永久磁钢材料为钕铁硼永磁体，其相对磁导率为1.05，矫顽力大小为899kA/m，体积为50mm×50mm×50mm。此外应产品需求，需分析在电压8V即线圈电流为0.15A时，磁保持继电器的工作性能。在磁保持继电器稳定状态（0A）和动作状态（0.15A/0.25A）时，将六种不同充磁方向（±X、±Y、±Z）的永久磁钢置于距电磁系统正右侧、正上侧和正前侧40mm处分析其对电磁系统的影响。经仿真计算并不是所有充磁方向的外加磁钢模型都对电磁系统有影响[2]。
3 屏蔽罩的抗干扰能力
根据本文选用的磁保持继电器尺寸，设计屏蔽罩的厚度为2mm.由于磁保持继电器下方为电磁系统，上方为触头系统，根据电磁屏蔽原理，设计出一种电磁屏蔽罩。如果屏蔽罩与电磁系统太靠近，空气层厚度小，容易形成磁回路，同时考虑到铁心上所缠绕线圈的厚度，因此建立如下屏蔽罩模型，此模型将继电器电磁系统的下侧、前侧、后侧和左侧封闭起来。在建立模型时，由于屏蔽罩与磁保持继电器电磁系统同为对称结构，因此，建立整体的二分之一模型。
3.1 屏蔽罩对磁保持继电器电磁系统的影响
在磁保持继电器电磁系统外面只加入电磁屏蔽罩，其他条件不变.得出衔铁组件在不同电流时的力矩对比。
3.2 电磁屏蔽罩模型的验证
本文将仿真数据与实验数据进行比较，由于加入屏蔽罩后衔铁组件的力矩在实验中难以测量，所以通过比较线圈电流和动作时间来验证屏蔽罩模型仿真结果的有效性。仿真与实验线圈电流曲线相似，电流最大值均为0.118A；仿真中得到的衔铁组件动作时间为25ms，实测中触头动作时间为27ms。误差较小，验证了仿真模型的正确性[3]。
4 结束语
本文简要说明了静磁场干扰源对磁保持继电器电磁系统的影响，并建立了磁保持继电器抗干扰模型。以某型号磁保持继电器为例，通过仿真计算得出，设计的屏蔽罩具有良好的抗干扰能力，在屏蔽罩上开槽，在屏蔽罩不同位置开槽，得出开槽位置比开槽数量对屏蔽罩抗干扰能力的影响更大，且当开槽位置越远离电磁系统的衔铁组件时，屏蔽罩防护效果更好。本文的研究結果证明，在不影响屏蔽罩防护效果的前提下开槽，减轻了整体的重量，为继电器屏蔽罩的优化设计提供了参考依据。
参考文献
[1] 苏秀苹，董家盈，乔延华，等.基于Abaqus的磁保持继电器中弹片反力特性研究[J].系统仿真学报，2018，30（04）：1528-1534.
[2] 王景新，苏秀苹，张自有，等.磁保持继电器的电磁屏蔽研究[J].电器与能效管理技术，2018，（04）：20-24，65.
[3] 刘帼巾，白佳航，段文乐，等.磁保持继电器虚拟样机与优化设计研究[J].电器与能效管理技术，2018，（04）：55-60.