下載手機端
當前位置: 首頁 » 最新資訊 » 活動公告 » 正文

低壓電器-接觸系統發熱特性仿真分析

放大字體  縮小字體 發布日期:2016-08-06  來源:知網  瀏覽次數:217
核心提示:低壓電器-接觸系統是電磁繼電器轉換負載電流的執行部件,為保證觸點不發生靜熔焊現象、動作過程中散熱性能優異的特點,其穩態、瞬態熱特性分析因此將是觸點結構與材料設計的主要內容。
       低壓電器-接觸系統是電磁繼電器轉換負載電流的執行部件,為保證觸點不發生靜熔焊現象、動作過程中散熱性能優異的特點,其穩態、瞬態熱特性分析因此將是觸點結構與材料設計的主要內容。觸頭的幾何形狀將直接影響電流密度的分布,從而形成了收縮電阻或擴散電阻,此時長收縮條件下傳統的接觸電阻計算公式已不再適用。通常電流線的變形主要與觸點壓力及觸點形狀有關,因此接觸系統的機-電-熱耦合場分析可以確定由接觸電阻引起的熱載荷與靜態熱特性。

所謂機-電-熱耦合分析是指先對繼電器的接觸系統進行機械場分析,計算并得到接觸半徑這yi關鍵參數,然后將該結果引入熱電耦合分析的模型中進行計算。熱電耦合分析的結果包含了接觸區域的溫度分布,從而可以得到觸點因溫度影響而發生的相關材料性質的該變,將這種受溫度影響的材料屬性重新輸入到機械場仿真模型中進行計算。這樣利用ANSYS軟件的APDL語言進行參數化建模仿真,就可以實現循環往復的運算,即實現了機-電-熱耦合仿真。

同時接觸系統的分斷與閉合過程中接觸斑點的暫態溫度達到材料的熔點或沸點以上時,由于溫度變化伴隨著物態變化,將會發生潛熱的吸收或釋放,使暫態熱效應變成非線性問題。因此研究電接觸熱過程數學模型的zui終目的是要在已知不同型式的輸入能量下,通過計算找出導電斑點、液態金屬橋或電弧兩極斑點及其附近區域溫度分布瞬時變化的過程,從而推斷接觸表面局部區域材料是否發生軟化、熔化或氣化,進而估計接觸面的溫升、熔焊和磨損。

接觸系統的機電熱耦合分析

接觸半徑的計算

觸頭的幾何形狀將直接影響電流密度的分布,從而形成收縮電阻或擴散電阻,此時長收縮條件下傳統的接觸電阻計算公式已不再適用。通常電流線的變形主要由觸點壓力與觸點形狀有關。對于滿足Hertz接觸條件下的接觸系統結構。

通過前文所述的 Hertz 理論模型得到只要物體本身的尺寸與接觸面尺寸相比很大,則在此區域中的應力就不大依賴于物體遠離接觸區的形狀,也不依賴于支撐物體的確切方式。因此本文對接觸系統的接觸部分進行了機械場仿真。本模型采用軸對稱的方式建立,通過約束模型對稱軸及下平面的位移,耦合上平面節點位移施加接觸力,并建立接觸對,zui終通過后處理計算得到接觸半徑。

接觸系統的熱電耦合分析

仿真模型的建立

接觸系統是電磁繼電器的重要組成部分, 是完成輸出功能的執行機構。根據上文所述方法計算得到的接觸半徑建立了接觸系統的幾何模型。該模型由動簧片、動合靜簧片及引出桿組成。在 ANSYS 軟件中建模并考慮到接觸半徑參數后, 可選擇“SOLID226 ”三維 20 節點單元進行計算, 該單元每節點有兩自由度(溫度、電壓) , 且單元可提供焦耳熱輸出的功能, 因此該單元適用于本問題的熱-電耦合場分析(包括瞬態和穩態) 。

邊界條件處理

接觸系統的熱電耦合仿真的邊界條件的確定與整機相似。因為是熱場和電場直接耦合問題,所以電壓和電流的邊界條件需要額外考慮。本部分仿真具體邊界條件主要包括以下幾個方面:

1.電壓及電流

在簧片中加載額定 5A 的電流。為了確保電流的流向,將連接動簧片的引出桿末端節點電壓耦合并施加電流邊界條件,同時將連接靜簧片的引出桿末端節點電壓設置為 0V。

2.對流邊界條件

對流邊界條件的計算方法與 2.5.1 所介紹的方法相同。只是簧片表面的對流散熱系數較難確定。因為內部是密封環境,大空間的自然對流散熱系數的計算方法已經不再適用。這里經過多次仿真認為取值為 5W/m2K時較為合理。

3.連接導線

正如前文所述,無論是在繼電器的實際使用過程中還是進行繼電器相關實驗的情況下,繼電器與它的外部連接線均會因為流過電流而發熱,但因為二者發熱的不均勻,故溫升可能不同,則繼電器與外部連接線之間存在著熱交換,即繼電器的引出桿端部與外部連接導線之間存在熱流。引出桿末端溫升與熱流密度的關系。

仿真結果分析

考慮動、靜觸簧穩態接觸情況下的熱場分布情況,對于瞬態情況下的電弧發熱暫不考慮。當接觸力為 1.4N,流過導體的電流為 5A 時接觸系統的熱場分布。此時環境溫度為 20℃。從溫度分布云圖上可以發現zui高溫升 338K 出現在簧片的接觸區域,經簧片至引出桿溫度逐步降低到zui低 332K。也就是說接觸系統發熱的主要熱源為接觸電阻發熱,原因在于電流在接觸處急劇收縮,電流密度急劇變大,從而產生大量的焦耳熱。給出了電流密度在接觸區域的矢量分布圖。

對于密封電磁繼電器來說,觸點的電壽命yi直是設計研究人員所關心的問題。當然觸點開斷時電弧的巨大能量將會引起觸點材料的嚴重蛻化和損壞,但是閉合觸點的溫升也是影響其電壽命的因素之yi。因為采用機-電-熱耦合仿真,模型中含有接觸半徑這yi參數,所以對于施加不同接觸力的條件下,可以得到相應的觸點zui高穩態溫度。

在仿真計算過程中,還得到另外yi個的結論。當選用的導線越粗時,接觸系統的溫升越低,尤其是在觸點接觸部分。給出了采用不同連接線直徑時,接觸系統沿電流流向 9 個位置的溫度分布。其中位置 5 為接觸區域的中心,位置 1 和 9 分別為兩個引出桿的末端,其他幾個點位于它們之間。

參考文獻:

【1】鄒海鋒 小型電磁繼電器。 陜西科學技術出版社,1984,10:5~8

【2】鄭天丕 繼電器制造工藝使用 北京:電子工業出版社,19967:50~58

【3】胡昌壽 航天可靠性設計手冊 北京:機械工業出版社,1999:146~165

【4】任萬濱 軍用密封電磁繼電器電器振動特性分析方法的研究 哈爾濱工業大學博士學位論文 2006:2~3

相關推薦:低壓電器高壓電器電子元器件儀器儀表電子電器

相關文章:

低壓電器-限流開斷技術的研究意義及發展動URL:http://wwwzgdqjycom/news/showphp?itemid=265

低壓電器國內外市場發展及需求分析URL:http://wwwzgdqjycom/news/showphp?itemid=259

低壓電器-樂清低壓電器產業集群演進分析URL:http://wwwzgdqjycom/news/showphp?itemid=255

產品推薦:

接觸器_JCZR戶內高壓真空接觸器

接觸器_JCZ5系列交流高壓真空接觸器

接觸器_CKG3-12單極永磁真空接觸器

接觸器_CKG系列交流高壓真空接觸器

接觸器_ZKJ-350A礦用交流高壓真空接觸器

 
 
[ 最新資訊搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告訴好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 違規舉報 ]  [ 關閉窗口 ]

 
0條 [查看全部]  相關評論

 
推薦圖文
推薦最新資訊
點擊排行
五骑士走势图
宁夏11选5前三走势图 炒股软件免费 单机贵州捉鸡麻将破解版 湖南丫丫麻将客服 1分彩开奖漏洞 圣农发展最新股价 青海11选5今天开奖 血流麻将怎么打赢的多 雷速体育破解版 安徽11选5组3走势 118免费高清图库 广西快3间期数统计表 3分极速赛车计划软 吉林时时彩 快乐8走势图表 310V大赢家比分