الکترودینامیک یک کلید برق – نسخه چند بدنه

رویدادهای الکتریکی، مانند جریان بیش از حد یا اضافه بار، می توانند به مدارهای الکتریکی یا خطوط برق آسیب جدی وارد کنند. برای جلوگیری از تعویض گران قیمت قطعات حیاتی، می توان کلیدهای برق را نصب کرد. اینها به محض رسیدن به جریان بحرانی، با حرکت دادن پیستون، جریان یا افزایش جریان را به طور مکانیکی قطع می کنند. برخلاف فیوز که پس از فعال شدن برای محافظت از اجزای الکتریکی اطراف باید تعویض شود، یک قطع کننده مدار می تواند دوباره تنظیم شود.

هدف اصلی این مدل آموزشی بررسی اصل کار و برخی راه حل های ممکن برای مدل سازی یک کلاس قطع کننده مدار است: کلیدهای برق مغناطیسی. این یک دستگاه الکترومکانیکی است که در آن پیستون های آهنی با استفاده از جاذبه مغناطیسی اعمال شده توسط جریان در سیم پیچ های اطراف آن به حرکت در می آیند. با خاموش کردن جریان رانندگی، سوئیچ به حالت اولیه باز می گردد.

این مدل دینامیک بدنه صلب را تحت تأثیر نیروهای مغناطیسی، جریان های القایی، و ترتیبات فنر/محدودیت شبیه سازی می کند که پیستون را در موقعیت تعادل خود نگه می دارد. یک سیم پیچ مسی روی پایه مرکزی یک هسته E پایینی قرار می گیرد که ثابت نگه داشته می شود. همانطور که جریان در سیم پیچ جریان می یابد، نیروی جذابی بر روی هسته E بالایی (پیستون متحرک) اعمال می شود که توسط یک فنر پیش تنیده در جای خود نگه داشته می شود. هنگامی که نیرو به یک مقدار آستانه می رسد، پیستون به سمت هسته E پایین حرکت می کند و شکاف هوا را می بندد. این مدل نحوه شبیه سازی صحیح حرکت و زمان بسته شدن را نشان می دهد که به سختی فنر بستگی دارد.