小型断路器热双金属元件的分析研究
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断路器用热双金属得选择与计算连理枝一热双金属(片)得主要物理性能及测量1热敏感性能用比弯曲(k)来表示,它得物理意义就是,表示单位厚度得热双金属(片)温度变化1℃时曲率变化得一半。
(1)式中:δ为试样(双金属)得厚度;θ为加热后得双金属片得温度;为未加热时双金属片得温度;λ为双金属片变形后得曲率半径;为双金属片未变形得曲率半径,=∞∴ (2)从右图可见,∴ (3)将(3)式代入(2)式得(4)还可证明 (5)(、为不同得两种金属得热膨胀系数)代入,得(6)当≤10%L时,上述可简化为(7) 有些国家采用温曲率来表示热双金属得热敏感性。
它表示单位厚度得热双金属片温度变化1℃时曲率得变化。
即 F=2K= (8)式中 F为温曲率电阻率(即)(9)关于双金属片得弹性模量:它就是计算热双金属元件得推力,转矩与内应力不可缺少得参数。
(10)式中:P为机械推力kgfL为双金属长度δ为双金属厚度b为双金属宽度为产生得位移2 使用温度范围线性温度范围:在线性温度范围内,热双金属片得位移与温度基本上成线性关系,其范围大小取决于组合层材料(特别就是被动层)得膨胀性能.在线性温度范围,热双金属具有最大得热敏感性能偏转角 (11)当保持为常数得温度范围,与为线性关系。
这一范围称为热双金属得线性温度范围。
允许使用温度范围:热应力(单纯由加热产生得应力)达到热双金属弹性极限时得温度,即为允许使用温度得上限。
下限得温度与材料得低温相变点等因素有关。
允许使用温度范围大于线性温度范围。
在线性温度范围以外,允许使用温度范围内,材料得热敏感性能有所降低。
3 应力1)使用应力:承受得应力不超过使用应力时,卸载荷后基本上能能恢复原状。
2)极限应力:极限应力大于使用应力。
承受得应力大于使用应力但小于极限应力时,热双金属片还能工作,但卸载荷后有一定得残余变形。
为使热双金属在实际使用中不致发生残余变形,施加于热双金属上得总应力(负荷)(热应力,外加机械应力以及残余内应力三者叠加后得应力)不应超过使用应力.二热双金属元件得设计与计算1 材料得选用1)元件得工作温度范围就是选择热双金属最重要得参数之一,热双金属得“允许使用温度范围”得上下限必须超过热双金属在工作中可能达到得最高与最低温度,以防止出现残余变形.2)元件直接加热选用热双金属时,除考虑温度因素外,还必须考虑电阻率与电阻温度系数。
电器与能效管理技术(2021No.4)-电器设计与探讨-基于双金属片精细建模的小型断路器仿真及研究胡金利(上海西门子线路保护系统有限公司,上海201514)摘要:热脱扣特性是小型断路器的一项重要指标。
大多数小型断路器采用双金属片元件进行断的热脱扣,双属片的形变断 热脱扣器的工作。
分双金属片温升以及形变对小型断的重要意义。
利用Coe软件以及有限元仿真软件Ansys建立了双金属片模型,进行有限元仿真分析,双金属片的瞬态温度分布以及形变分布。
,20断 进行脱扣实验,实验与仿真第果相吻合,验证了仿真方法的准确性。
关键词:小型器;双金属片;脱扣时间;有限元仿真中图分类号:TM561文献标志码:A文章编号:2095-8188(2021)04-0034-06 DO*:10.16628/ki.2095-8188.2021.04.007胡金利(1975-),男,高级工程师,主要从事电器的研究和开发。
Simulation and Experimental Sridy on Thermal Trip of MCBH0Jinli(Siemens Circuit Protection Systems Co.,Ltd.,Shanghai201514,China) Abstract:Thermal trip characteristic is an impoCant indec of miniature circuit breaker(MCB).Nowadays,most MCBs use bimetallic elementr for thermal tripping of circuit breakers.The deformation of bimetallic sheet directly affectr the operation of thermal release of MCB.It is veo important I analyee the temperature rise and deformation of bimetallic sheet for the desian of MCB.At the same time,20youps of circuit boakerr are tested for tripping.The experimental resultr are in good ayoement with the simulation results.The accuocy of the simulation meihod osveeoooed.Key words:miniature circhip breaker(element simulation0引言断作为关电地应用在低配电线用电,在电能以及分断正常电路状态时的电流,能和分断一定条件下非正常状态的电流。
双⾦属在低压电器的设计应⽤及常见问题分析电⼯材料2009No.1霍志⽂j壑拿属垄堡垂皇墅塑塑丛壅星!垦常堡!翌璺分析37(b)焊接良好的图⽚图7主动层为Mn72Cul8Nil0材料的焊接图⽚⽰例(b)腐蚀后图8主动层为Mn72Cul8Nilo材料焊接不良的熔焊区的⾦相组织有约960℃;中间层材料Cu的熔点为1083℃,散热很快;被动层Ni36材料熔点约为1450℃。
三层材料熔点相差悬殊,同时Mn容易氧化和挥发,导致焊接⽐较困难。
解决⽅案为:(1)更换焊接设备,如采⽤直流逆变焊机等;(2)调整焊接⼯艺参数。
如对电流、压⼒、⾏程等参数进⾏调整;(3)调整焊接电极材料,如采⽤w或Mo电极等作为电极材料;(4)调整焊接电极形状。
改变电流密度。
5.2⽣锈及预防虽然热双⾦属含有Ni、Cr等提⾼耐腐蚀能⼒的元素,但由于主、被动层电位差不⼀样,导致容易产⽣电化学腐蚀⽣锈(见图9),⽬前还难以杜绝,只能采取措施进⾏预防。
具体措施为:(1)避免与电解质接触,包括潮⽓、海风、盐雾、酸雾、⼿汗等;(2)加防锈油,寻找适合热双⾦属⽤的防锈油;(3)采⽤表⾯镀层,如镀zn、镀Sn、镀Ni等;(4)采⽤防锈包装,如采⽤⽓相防锈纸等。
图9热双⾦属的⽣锈5.3脱扣⼀致性问题、影响因素及措施开关的脱扣⼀致性问题是⼀个系统性问题。
影响因素很多。
图10是开关脱扣原理图。
图lO开关脱扣原理图产⽣脱扣动作的条件是:①热双⾦属产⽣的位移D⼤于间隙S;②热双⾦属产⽣的热⼒F⼤于脱扣⼒P。
影响脱扣⼀致性的因素如下:(1)双⾦属⽚选型不合适。
对牌号和规格的选择不合适,位移和热⼒处于临界状态.安全余量不⾜,导致在使⽤过程难以调整。
⼀致性差;(2)双⾦属⽚产⽣的位移不⼀致。
影响双⾦属⽚位移⼀致性的因素包括:双⾦属⽚温升AT(双⾦属⽚的温升⼜受电流、电阻、散热等因素影响):双⾦属⽚的温曲率K、双⾦属⽚动作的有效长度L(与焊接、铆接及装配过程相关)、双⾦属⽚的厚度t及残余应⼒;38霍志⽂:双⾦属在低压电器的设计应⽤及常见同题分析电⼯材料2009No.1(3)脱扣机构与双⾦属⽚的间隙不⼀致。
塑壳断路器热双金属片动作特性仿真分析摘要:塑壳断路器是低压配电网络中不可缺少的重要电器元件,用来切断故障线路,防止故障范围的扩大,从而削弱供配电线路由于线路过载或短路造成的严重后果,已经被广泛应用于航空航天、船舶、汽车及家用电器等领域。
其中,热脱扣器是使用最为广泛的一类脱扣装置,而热双金属片是决定热脱扣器工作稳定性的核心热敏感元件,其热变形的准确性直接影响到塑壳断路器的可靠性和供配电系统的安全性。
在线路中,电流流经热双金属片时,通过直接通电发热进行傍热式加热或者复合加热等方式,使双金属发生弯曲变形、塑壳断路器发生脱扣,从而实现线路保护的功能。
关键词:塑壳断路器;热双金属片;特性仿真引言近年来,为了缩短研发周期、降低验证成本,国内外专家学者对热双金属片的动作特性计算进行了大量研究。
文献[5]基于温度场分布模型,通过仿真和实验分析,计算了热双金属片的瞬态温度和形变分布;文献[6]通过电-热-结构间接耦合仿真的方法,对热双金属片的应力场、位移场进行了分析;文献[7]通过有限元仿真的方法,对热双金属片进行了优化设计,分析了不同形状参数对形变稳定性的影响。
1小型断路器导电回路电阻热双金属薄膜的驱动是由热变形引起的,而断路器的热主要是由电路电阻的焦耳热效应引起的。
为此,热双金属模拟的第一步是计算断路器中的负载电流保护。
一种小型断路器电路。
电路电阻包括传导电路铜线固有的内部电阻R0、双金属输入阻抗1、SP2、软体式内部阻抗3、夹紧杆的接触电阻RC以及端子的接触电阻RK共6部分组成。
2热脱扣器工作原理介绍热脱扣器是由热双金属片、电流输入接线端、电流输出接线端和导线组成。
当线路中通过电流时,流经热双金属片的电流会产生热量,金属片在热场的作用下发生弯曲变形,从而推动断路器脱扣机构运动,3双金属片优化设计流程传统的分支板设计过程由一组不同强度材料的热弯曲性能组成,通过实验设计可以限制DOE方法的研究,但实验成本高于材料特性,例如弯曲。
双金属片热保护器市场研究与分析:趋势、竞争与前景Market research and analysis of bimetallic thermal protectors: trends, competition, and prospectsBimetallic thermal protectors are devices that are used to prevent overheating in electrical equipment. They are made up of two different metals that have different expansion coefficients. When these metals are heated, they expand at different rates, causing the bimetallic strip to bend and eventually break the electrical circuit. The market for bimetallic thermal protectors is growing rapidly, and this article will discuss the current trends, competition, and prospects for this market.Trends:One of the major trends in the bimetallic thermal protector market is the increasing demand for miniaturization. As electronic devices become smaller and more compact, the need for smaller thermal protectors also increases. Additionally, there is a growing demand for bimetallic thermal protectors that are more sensitive and can operate at lower temperatures. This trend is driven by the need for more energy-efficient devices that can operate at lowerpower levels.Another trend in the market is the increasing use of bimetallic thermal protectors in automotive applications. As more electronic components are used in cars, the need for reliable thermal protection becomes critical. Bimetallic thermal protectors are used in a variety of automotive applications, including engine management systems, airbag sensors, and seatbelt tensioners.Competition:The bimetallic thermal protector market is highly competitive, with many companies offering a wide range of products. Some of the major players in the market include Sensata Technologies, Texas Instruments, and TE Connectivity. These companies are constantly innovating and improving their products to stay ahead of the competition. Additionally, there are many smaller companies that specialize in bimetallic thermal protectors for specific applications.Prospects:The prospects for the bimetallic thermal protector market are positive, with continued growth expected in the coming years. The increasing demand for miniaturization and energy efficiency will continue to drive demand for smaller, more sensitive thermal protectors. Additionally, the growing use of electronic components in automotive applications will create new opportunities for bimetallic thermal protector manufacturers.In conclusion, the bimetallic thermal protector market is a growing and competitive industry with many opportunities for growth and innovation. As electronic devices continue to become smaller and more energy-efficient, the demand for reliable thermal protection will only increase. With the right strategies and products, companies in this market can thrive and succeed in the years to come.双金属片热保护器市场研究与分析:趋势、竞争与前景双金属片热保护器是一种用于防止电气设备过热的设备。