电器触点静态电接触热过程的数值分析new

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1、第期电工技术学报年月电器触点静态电接触热过程的数值分析荣命哲西安交通大学‘摘要通过对触点电位场及触点焦耳内热源的数学描述,建立了用数值分析方法研究触点静态电接。一触热过程的数学模型并对国产接触器承载额定电流时触点静态电接触热过程进行了计算。叙词电触头热数学模型,详一经典的伊一夕理论而进行的〔,〕,只能讨论稳引言,。,定状态下的相对发热无法求解温升过程目前电器触点承载的电流实际,只能从两个触点接触由于计算机科学的普及推广实现了以数值方法分。,所形成的一个或数个导电斑点流过,在这析触点温升过程〔,〕然而迄今为止

2、作者尚些导电斑。。点区域形成了极大的电流密度由于转化为热量的未见国内有这方面的文献发表功率损耗与电流密度的平方成正,本文通过对触点电位场及触点焦耳内热源的数比当电器所控制,,。的电路系统出现过载或短路时巨大的电流密度就学描述建立了触点静态接触温升过程的数学模型,应,,会产生巨大的焦耳热从而使触点的导电斑点区域用数值方法可获得触点上的温度分布焦耳内热、,,、软化熔化甚至蒸发造成触点的熔焊乃至整个触源的分布触点最高温度点的升高过程与电流接触。,。头系统失效不仅如此触点静态接触时的温升还压力及触点材料热物理参数之

3、间的相互关系作为该、对液态金属桥形成的材料转移〔〕金属蒸气电弧模,一型的应用示例本文对国产接触器承载向气体电弧的转换规律〔〕及电器触头系统的设计额定电流时触点静态电接触。温升过程进行了计算。都有着极为重要的影响焦耳内热源的数学描述国际上对电器触点静态电接触热过程研究的历,史可分为两个阶段。早期的大部分工作主要是基于求解电器触点静态接触时的热过程关键是准。,。国家自然科学墓金资助项目收到初稿‘收到修改稿,,,现任西安交通大学讲师,从事电荣命哲年生西安交通大学电气工程系毕业工学博士学位器电接触理论及电弧物,,,

4、。理的研究工作已在国内外学术刊物上发表论文,参加或主持研究课肠多项已有两项成果获省部级奖励第期荣命哲电器触点静态电接触热过程的教值分析。确描述焦耳内热源在触点体内部的分布所谓焦耳。一,‘,’“〕一‘“。‘,「“内热源,是由电流流过触点材料时,在材料内部产丁。生的焦耳热焦耳内热源的分布十护电场关于轴对称一般为空间坐标的式中丫尸,函数欲精确描述焦耳内热源在触头材料内部的分,二,,一产、〔,,一,,,、,,〕,‘,。令布必须先求解静态电接触时触点的电场分布‘触点睁态接触时的电场分布触点静态接触时,只要承载的电路电

5、流不变,与电流相关的系数则触点体内的电场分布为一稳态场。在导电斑点及触—点体内焦耳内热源的确定,由触点如图所示的情形下于电流由半径为的触点静态接触时承载的电流等于所有流过导导电斑点流入触点又通过触点体内流向触头座,所电斑点的电流密度对斑点面积的积分以触点体内无电荷积累,电场分布服从拉普拉斯方。「「土程。月月式中月。导电斑点面积,—导电斑点内的电流密度,。—,·触头材料的电阻率。—电场强度,二一—因为甲’则厂子了一尹甲乙八一卜将式代入式二一三。’口图触点及导电斑点从而有‘、一‘。控制微分方程。。〕,犷丛下边界

6、条件·。我们知道一,“一。一笑,犷炭,二,,《,二将式代入式得触点体内单位体积焦耳《‘。晋内热源功率为,,’三夕月厂一了讹夕万一口一刀夕夕式中导电斑点半径—触点内某点距导电斑点中心的距离中—触点静态接触热过程的数学模型触点体内某点至导电斑点中心的连线—与轴的夹角基本假定垂直于触头表面的单位矢量触点材料多向同性,配对的两触点完全。—触点上的电位降。对称,当触点系统—参数一定时价只与触点承载的电流相‘考虑到发热最恶劣的情况,认为导电斑。关点是立于触点中心的半径为的图盘,两触点一洲在,显然,电,上述关于触点电场的

7、数学描述中间所有电和热的交换都必须通过触点的导电斑点。、,场是关于轴对称的这样电场问题的求解可简化因而所有的电热现象关于轴对称轴垂直穿夕平,。为平面或面的二维场据文献〔〕得过导电斑点的中心电工技术学报年月关于表面膜电阻的影响作如下处理在配对的,两个触头完全对称的情况下膜电阻产生的热量均匀地通过导电斑点向两触点各传导。囚曰、日。‘。,触点静态接触热过程的数学模型控制微分方程护沪、汀又二,不丽丽,,⋯,式中触点材料比热,·—触,,点材料密度—,·又触点材料导热系数八。—,,触点单位体积焦耳内热源功率图求解区域剖

8、分图—。边界条件各边界如图所示又,,。,·,‘,,左边界塑二,,⋯,一,,,⋯,一右边界,恒定值初始值左边界二上边界,恒定值初始值又,十,一,君了少,,,义广下边界,《,,兀·,,·。·,‘”,卜八二己瑞篡,二,,丽,,⋯,一,上边界及右边界刘犷少侧,,初始值,,,⋯,,,,一下边界触点又,,十,一刘丁少,,‘又侧理竺止竺午义玉西不不图求解区域关于方程的离散化,“,、,众本文采用有限差分法对所建立的数学模型进行。