开发和利用再生能源对减少环境污染、实现能源的可持续利用具有重要意义。然而利用这些可再生能源需要用到不同的电器设备，其中接触器常被用于控制电力负载。因此，深入开展接触器的性能分析对提高能源利用率、解决能源压力具有重要的作用。

有学者指出，多物理场耦合计算和弹跳特性研究是衡量电器性能的重要方法。接触器使用多匝线圈，且长时间工作会导致结构温升发生变化，进而影响接触器的工作状态和接触特性。长时间工作的大功率接触器结构温升变化明显，因忽略温度而产生的计算误差较大。

传统的接触器弹跳特性分析或温度场分析，集中于电磁-运动、电磁-热场耦合研究，并没有将复杂的动作过程与其电场、磁场、热场进行耦合并综合分析。因此，建立考虑热场影响的接触器机-电-磁-热多物理场耦合模型对完善弹跳模型、深入开展多物理场耦合计算及弹跳机理研究具有重要意义。

图2 接触器结构剖面

为研究热场影响下接触器的弹跳特性，需要对接触器进行热场、电磁场和机械力学作用分析。刘颖异等认为，触头及铁心的振动弹跳直接影响接触器的寿命，为此采用虚拟样机技术研究了智能接触器的闭合过程，但建立的振动弹跳模型没有考虑接触器温度变化对其动作特性的影响。

• 有学者借助动力学软件建立了电器的仿真模型。其中，李兴文等用耦合电路、电磁和机械运动方程研究了不同合闸相角下的触头碰撞现象。
• 有学者建立了交流接触器的全仿真模型，分析了衔铁和动触头的弹跳情况。
• 为提高计算效率，Lambrecht等采用传输线法加速继电器电磁接触弹跳计算。
• Hotta等通过实验研究了接触弹跳如电弧引起的接触焊接机理。但以上研究均没有考虑结构发热对电器动态特性的影响。
• Liu等基于ANSYS模拟了额定电流下的接触器温度场分布情况。
• 后来，林抒毅等分析了匝数、材料厚度等参数对电磁阀温度分布的影响。

以上文献对建立热场影响下的接触器弹跳模型，实现接触器机-电-磁-热多物理场的耦合计算和弹跳特性研究具有很好的借鉴意义。

哈尔滨工业大学电器与电子可靠性研究所的研究人员，首先建立了某型号新能源用大功率接触器的热场模型、电磁特性模型及振动碰撞力学模型。之后依据接触器电-磁、机-电-磁、电-磁-热场间的耦合关系实现了三个模型的机-电-磁-热场间的耦合计算。接着，利用触头弹跳测量装置验证了文中多物理场模型计算结果的正确性。最后，研究了温度、长时间反复短时工作、可动部件质量因素对接触器弹跳特性的影响规律，得到如下结论：

图6 机-电-磁-热耦合计算模块

• 1）热场作用下接触器弹跳模型适用于考虑热场影响的接触器动态特性计算及弹跳特性分析，计算结果与实验吻合良好，误差能控制在8%以内。
• 2）接触器的机-电-磁-热多物理场耦合计算方法能够实时传递热场模型、电磁模型及振动碰撞模型的耦合参数。
• 3）控制接触器可动部件质量可抑制衔铁和动触头的弹跳情况，而且合理地控制衔铁尺寸对抑制接触器弹跳情况具有更好的效果。
• 4）接触器的衔铁和动触头弹跳幅值与温度呈线性关系，且两者的闭合速度均随温度增加而减小。合理控制温度，能有效抑制接触器弹跳情况。

研究结论对实现新能源用接触器的多物理场分析和弹跳特性研究具有重要的参考价值，且研究思路和耦合计算方法可以应用于其他同类电器和相关设备的改进设计中。

以上研究成果已发表在2019年第22期《电工技术学报》，论文标题为“热场影响下新能源用接触器弹跳特性研究”，作者为杨文英、刘兰香、翟国富。