В статье предложена усовершенствованная методика мультифизического компьютерного моделирования связанных процессов в конструктивных элементах вакуумных коммутационных аппаратов среднего и высокого напряжения с учетом контактных явлений. В конструкциях современных вакуумных выключателей и контакторов наблюдается значительное использование электромагнитных актуаторов на основе высококоэрцитивных магнитотвердым редкоземельных композиционных материалов NdFeB и SmCo. Наиболее перспективными для использования в качестве приводов автоматических выключателей и контакторов является поляризованные электромагниты на основе использования указанных высококоэрцитивных постоянных магнитов. Однако существующие серийные конструкции электромагнитов и актуаторов необходимо существенно усовершенствовать с целью повышения надежности и срока эксплуатации, снижения массогабаритных и стоимостных показателей, дальнейшего снижения энергопотребления, совершенствования технологичности процесса массового производства. Компьютерное моделирование предложено выполнять методом конечных элементов в двухмерной постановке с использованием коммерческих программных продуктов и (или) программного обеспечения, созданного непосредственно для проведения указанных исследований. Одним из приоритетных направлений совершенствования математических моделей и алгоритмов компьютерного моделирования процессов в механической цепи вакуумных коммутационных аппаратов среднего и высокого напряжения является учет контактного взаимодействия конструктивных элементов рассматриваемых аппаратов. Следующим шагом, благодаря использованию усовершенствованной математической модели, является выполнение комплекса расчетных исследований и на основе полученных численных результатов разработка рекомендаций, направленных на создание конструкций электромагнитов и актуаторов, соответствующих мировым стандартам конкурентоспособных на мировом рынке.

У статті запропонована удосконалена методика мультифізичного комп’ютерного моделювання зв’язаних процесів у конструктивних елементах вакуумних комутаційних апаратів середньої та високої напруги з урахуванням контактних явищ. У конструкціях сучасних вакуумних автоматичних вимикачів і контакторів спостерігається значне використання електромагнітних актуаторів на основі висококоерцитівних магнітотвердих рідкоземельних композиційних матеріалів NdFeB і SmCo. Найбільш перспективними для використання в якості приводів автоматичних вимикачів і контакторів є поляризовані електромагніти на основі використання зазначених висококоерцитівних постійних магнітів. Однак існуючі серійні конструкції електромагнітів і актуаторов необхідно суттєво вдосконалити з метою підвищення надійності і терміну експлуатації, зниження масогабаритних і вартісних показників, подальшого зниження енергоспоживання, вдосконалення технологічності процесу масового виробництва. Комп‘ютерне моделювання запропоновано виконувати методом скінченних елементів у двовимірній постановці з використанням комерційних програмних продуктів і (або) програмного забезпечення, створеного безпосередньо для проведення зазначених досліджень. Одним із пріоритетних напрямків удосконалення математичних моделей і алгоритмів комп’ютерного моделювання процесів у механічному колі вакуумних комутаційних апаратів середньої та високої напруги є врахування контактної взаємодії конструктивних елементів апаратів, що розглядаються. Наступним кроком, завдяки використанню вдосконаленої математичної моделі, є виконання комплексу розрахункових досліджень і на основі отриманих чисельних результатів розробка рекомендацій, спрямованих на створення конструкцій електромагнітів і актуаторів, які б відповідали світовим стандартам і були конкурентоспроможними на світовому ринку.

The purpose of the work is to improve mathematical models and algorithms of computer modeling of multiphysics processes in electromagnets and actuators of vacuum switching devices by taking into account the contact interaction of structural elements when changing their stress-strain state. In the design of modern vacuum circuit breakers and contactors, there is a significant use of electromagnetic actuators based on high-coercive hard magnetic rare earth composite materials NdFeB and SmCo. The most promising for use as drives of circuit breakers and contactors are polarized electromagnets based on the use of these high-coercive permanent magnets. However, the existing serial designs of electromagnets and actuators need to be significantly improved in order to increase reliability and service life, reduce weight and cost, further reduce energy consumption, improve the manufacturability of the mass production process. Computer simulation is proposed to be performed by the Finite Element Method in 2D formulation using commercial software products and/or software created directly for these investigations. One of the priority areas for improving mathematical models and algorithms for computer modeling of processes in the mechanical circuit of vacuum switching devices of medium and high voltage is to take into account the contact interaction of the structural elements of the devices under consideration. The next step, thanks to the use of an advanced mathematical model, is to perform a set of computational research and based on the obtained numerical results to develop recommendations aimed at creating designs of electromagnets and actuators that would meet world standards and be competitive in the world market.