下载手机端
当前位置: 首页 » 最新资讯 » 活动公告 » 正文

低压电器-接触系统发热特性仿真分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-08-06  来源:知网  浏览次数:201
核心提示:低压电器-接触系统是电磁继电器转换负载电流的执行部件,为保证触点不发生静熔焊现象、动作过程中散热性能优异的特点,其稳态、瞬态热特性分析因此将是触点结构与材料设计的主要内容。
       低压电器-接触系统是电磁继电器转换负载电流的执行部件,为保证触点不发生静熔焊现象、动作过程中散热性能优异的特点,其稳态、瞬态热特性分析因此将是触点结构与材料设计的主要内容。触头的几何形状将直接影响电流密度的分布,从而形成了收缩电阻或扩散电阻,此时长收缩条件下传统的接触电阻计算公式已不再适用。通常电流线的变形主要与触点压力及触点形状有关,因此接触系统的机-电-热耦合场分析可以确定由接触电阻引起的热载荷与静态热特性。

所谓机-电-热耦合分析是指先对继电器的接触系统进行机械场分析,计算并得到接触半径这yi关键参数,然后将该结果引入热电耦合分析的模型中进行计算。热电耦合分析的结果包含了接触区域的温度分布,从而可以得到触点因温度影响而发生的相关材料性质的该变,将这种受温度影响的材料属性重新输入到机械场仿真模型中进行计算。这样利用ANSYS软件的APDL语言进行参数化建模仿真,就可以实现循环往复的运算,即实现了机-电-热耦合仿真。

同时接触系统的分断与闭合过程中接触斑点的暂态温度达到材料的熔点或沸点以上时,由于温度变化伴随着物态变化,将会发生潜热的吸收或释放,使暂态热效应变成非线性问题。因此研究电接触热过程数学模型的zui终目的是要在已知不同型式的输入能量下,通过计算找出导电斑点、液态金属桥或电弧两极斑点及其附近区域温度分布瞬时变化的过程,从而推断接触表面局部区域材料是否发生软化、熔化或气化,进而估计接触面的温升、熔焊和磨损。

接触系统的机电热耦合分析

接触半径的计算

触头的几何形状将直接影响电流密度的分布,从而形成收缩电阻或扩散电阻,此时长收缩条件下传统的接触电阻计算公式已不再适用。通常电流线的变形主要由触点压力与触点形状有关。对于满足Hertz接触条件下的接触系统结构。

通过前文所述的 Hertz 理论模型得到只要物体本身的尺寸与接触面尺寸相比很大,则在此区域中的应力就不大依赖于物体远离接触区的形状,也不依赖于支撑物体的确切方式。因此本文对接触系统的接触部分进行了机械场仿真。本模型采用轴对称的方式建立,通过约束模型对称轴及下平面的位移,耦合上平面节点位移施加接触力,并建立接触对,zui终通过后处理计算得到接触半径。

接触系统的热电耦合分析

仿真模型的建立

接触系统是电磁继电器的重要组成部分, 是完成输出功能的执行机构。根据上文所述方法计算得到的接触半径建立了接触系统的几何模型。该模型由动簧片、动合静簧片及引出杆组成。在 ANSYS 软件中建模并考虑到接触半径参数后, 可选择“SOLID226 ”三维 20 节点单元进行计算, 该单元每节点有两自由度(温度、电压) , 且单元可提供焦耳热输出的功能, 因此该单元适用于本问题的热-电耦合场分析(包括瞬态和稳态) 。

边界条件处理

接触系统的热电耦合仿真的边界条件的确定与整机相似。因为是热场和电场直接耦合问题,所以电压和电流的边界条件需要额外考虑。本部分仿真具体边界条件主要包括以下几个方面:

1.电压及电流

在簧片中加载额定 5A 的电流。为了确保电流的流向,将连接动簧片的引出杆末端节点电压耦合并施加电流边界条件,同时将连接静簧片的引出杆末端节点电压设置为 0V。

2.对流边界条件

对流边界条件的计算方法与 2.5.1 所介绍的方法相同。只是簧片表面的对流散热系数较难确定。因为内部是密封环境,大空间的自然对流散热系数的计算方法已经不再适用。这里经过多次仿真认为取值为 5W/m2K时较为合理。

3.连接导线

正如前文所述,无论是在继电器的实际使用过程中还是进行继电器相关实验的情况下,继电器与它的外部连接线均会因为流过电流而发热,但因为二者发热的不均匀,故温升可能不同,则继电器与外部连接线之间存在着热交换,即继电器的引出杆端部与外部连接导线之间存在热流。引出杆末端温升与热流密度的关系。

仿真结果分析

考虑动、静触簧稳态接触情况下的热场分布情况,对于瞬态情况下的电弧发热暂不考虑。当接触力为 1.4N,流过导体的电流为 5A 时接触系统的热场分布。此时环境温度为 20℃。从温度分布云图上可以发现zui高温升 338K 出现在簧片的接触区域,经簧片至引出杆温度逐步降低到zui低 332K。也就是说接触系统发热的主要热源为接触电阻发热,原因在于电流在接触处急剧收缩,电流密度急剧变大,从而产生大量的焦耳热。给出了电流密度在接触区域的矢量分布图。

对于密封电磁继电器来说,触点的电寿命yi直是设计研究人员所关心的问题。当然触点开断时电弧的巨大能量将会引起触点材料的严重蜕化和损坏,但是闭合触点的温升也是影响其电寿命的因素之yi。因为采用机-电-热耦合仿真,模型中含有接触半径这yi参数,所以对于施加不同接触力的条件下,可以得到相应的触点zui高稳态温度。

在仿真计算过程中,还得到另外yi个的结论。当选用的导线越粗时,接触系统的温升越低,尤其是在触点接触部分。给出了采用不同连接线直径时,接触系统沿电流流向 9 个位置的温度分布。其中位置 5 为接触区域的中心,位置 1 和 9 分别为两个引出杆的末端,其他几个点位于它们之间。

参考文献:

【1】邹海锋 小型电磁继电器。 陕西科学技术出版社,1984,10:5~8

【2】郑天丕 继电器制造工艺使用 北京:电子工业出版社,19967:50~58

【3】胡昌寿 航天可靠性设计手册 北京:机械工业出版社,1999:146~165

【4】任万滨 军用密封电磁继电器电器振动特性分析方法的研究 哈尔滨工业大学博士学位论文 2006:2~3

相关推荐:低压电器高压电器电子元器件仪器仪表电子电器

相关文章:

低压电器-限流开断技术的研究意义及发展动URL:http://wwwzgdqjycom/news/showphp?itemid=265

低压电器国内外市场发展及需求分析URL:http://wwwzgdqjycom/news/showphp?itemid=259

低压电器-乐清低压电器产业集群演进分析URL:http://wwwzgdqjycom/news/showphp?itemid=255

产品推荐:

接触器_JCZR户内高压真空接触器

接触器_JCZ5系列交流高压真空接触器

接触器_CKG3-12单极永磁真空接触器

接触器_CKG系列交流高压真空接触器

接触器_ZKJ-350A矿用交流高压真空接触器

 
 
[ 最新资讯搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 违规举报 ]  [ 关闭窗口 ]

 
0条 [查看全部]  相关评论

 
推荐图文
推荐最新资讯
点击排行