【《双金属片辅助电弧触发器仿真与实验验证案例报告》3400字】

①的左右两端都嵌入凹槽中，从而固定双金属片。、双金属片在受热后，上半部的被动层图3-13双金属片和环氧栅片和下半部的主动层都发生形变，由于主动层的形变较大，所以双金属片会产生向下的弯曲形变。并且双金属片下方的环氧栅片顶端是正对银片狭径的。所以双金属片向下弯曲时，环氧栅片受力向下将狭径压断。在这种情况下，环氧栅片压断银片狭径是因为通过的电流较低，且不足以将狭径熔断，所以我们可以利用外力（栅片）来辅助压断狭径。1.2.2基本方程瞬态电热场的基本方程：（双金属片吸收的热量等于自身内能增加和散热）∇y⋅∇φ+y∇2ρC∂T∂ty=y01+k式中：ρ为密度，单位kg/m3，c为比热容，单位J/（kg·℃），γ为电导率，k为导体的导热系数，T为铜片表面温度，λ为导热系数，单位为W/m*K；∇T为温度梯度，单位为K/m，双支梁双金属片挠度：Δf=K⋅l2双支梁双金属片推力：F=K⋅E⋅b⋅ⅇ双金属触发器的温度场：温度场的计算公式为：ρc∂T∂t式中：Su是电弧某点发热项；ρ是密度，kg/m^3，c是比热容，J/(kg*K)，λ1.2.3仿真建模具体步骤仿真建模的具体边界条件有：传热部分：触发器上表面部分传热递系数设置为14W/（m²⋅K）。触发器两侧面部分传热系数设置为28W/（m²⋅K）。触发器底面部分传热系数设置为7W/（m²⋅K）。除最左侧和最右侧两部分外都是电绝缘的；将最右侧设置为接地，最左侧设置为通入电流。力学部分：触发器底座固定。双金属片两端水平方向可自由移动，竖直方向固定。具体按照以下步骤来完成该部分的内容：（1）新建一个三维模型，物理场为结构力学的热应力。（2）导入之前所画的几何图形如图4.1，并将该图形的材料设置完成。双金属片材料为通用型材料5J1480或5J1476；铜板、铜排材料为铜；绝缘材料为环氧树脂；银片材料为银。1.3双金属触发器的热应力分布温度场的计算公式为：βρ(3-1)式中：是电弧某点发热项；是密度；kg/m^3是比热容；J/(kg*K)是热流密度S/m那么接下来可以按照以下步骤来完成该部分的内容：（1）新建一个三维模型，物理场为结构力学的热应力。（2）导入之前所画的几何图形如图3-20，并将该图形的材料设置完成。双金属片材料为通用型材料5J1480或5J1476；铜板、铜排材料为铜；绝缘材料为好氧树脂；银片材料为银。图3-20双金属触发器（3）设置固体传热。传热条件设置：1.固体传热模块的温度初始值为293k。我们将图3-21中选定的部分设置为热绝缘，即对外不传热，和外界无热交换，剩余的灰色部分不是热绝缘，与空气就会有热传递。图3-21热绝缘部位2.如图3-22中选定部分所示，设置热通量，将热通量1（触发器的上表面部分），传热递系数设置为14；图3-22热通量11.如图3-23中所选定部分所示，将热通量2（触发器的侧面部分）的传热系数设置为28；图3-23热通量24.如图3-24中所选定部分所示，将热通量3（触发器底面部分）的传热系数设置为7。图3-24热通量3（4）设置通入电流整体结构除侧面部分以外都是电绝缘的；我们将右侧设置为接地，左侧设为接通电流的输入口，然后我们设置电绝缘。如图3-25所示，除了侧面部分不用选定，其余的选定部分均设置为电绝缘。图3-25电绝缘接下来，我们设置接地部分，也就是图3-26中选定的部分。图3-26接地最后我们设置终端，也就是与接地端口相对的，触发器的另一端，如图3-27所示，我们将接入的电流设置成一个函数。图3-27通入电流我们在端口接入的电流其函数如图3-28所示：图3-28电流示意图（5）温度场计算结果。第140秒时元件温度：图3-29（a）主视图图3-29（b）底面视图图3-29（c）底面放大如图3-29（a）（b）（c）所示，在通电140秒时，通过此时元件的热效应可以看出，狭径的温度是最高的，其最高温度为249℃，然而此时远达不到银的熔点，银片则无法熔化断开。所以我们要借助外力来使银片狭径断开，依靠环氧栅片来实现将银片狭径压断。同时我们可以观察到右侧铜板的温度要比左侧铜板高，这时候我们就需要触发器自我实现熔断功能，且好氧树脂部分的温度基本没有变化，那么我们就可以依靠好氧树脂的这个稳定性来实现这个工作。（5）设置固体力学模块1、设置弹性材料。线弹性材料、自由、初始值这三项基本不用改动，使用软件给定的初始值；2、因为双金属片受热会发生形变，所以指定位移需要改动。如图3-30所示，我们所选定标识的一条边为双金属片（被动层）左侧最顶部的边，即使双金属片发生形变，这条边也只能向左右端移动，而无法向上产生形变，右侧的对应边亦然。所以我们选定双金属片被动层的侧端上边缘，限定其Z轴方向为零；同时，为了防止双金属片弹力过大，我们要将双金属片的底座固定牢固。图3-30双金属片的固定（6）设置网格一般而言，将网格设置为常规即可。当然，也可以将之设为细化、较细化、超细化、极细化、粗化、较粗化等。本文的网格设置为常规。1)采用截面力—力矩平衡法分析条形双金属片的工作特性与应力,给出了较完整系统的数学模型,有助于分析弹性模量比e及厚度比对各参数的影响;2)将双金属片用等效网络表示,便于与簧片触点等负载网络相联接,采用网络分析手段来求解温度继电器、热继电器的工作参数,是一个很好的处理方法;3)阐述了以比弯曲最大为目标的最优条件的物理意义,分析了最优条件下各层界面、表面应力关系,对条形双金属继电器的设计有指导意义。[10][10]双金属继电器中条形双金属片的数学模型与等效网络[A]卢锦凤,梁慧敏,秦红磊,孙尚文;哈尔滨工业大学电气工程系,;2000-8图3-31140s压力（7）计算结果图3-32银片压力如图，图3-32为环氧栅片与银片。在未通电的情况下，银片所受压力的最大值为9.6*10^(-3)MPa；图3-31为接通电流后140秒时的情况，从中我们可以明显看出环氧栅片已经给银片施加了一定的压力。其实，此时的环氧栅片已经将狭径压断，但由于软件原因，不能完全看出，但是可以很明显地看出银片的部分所受压力已经很大了，其中所受最大的压力为1.62*10^3MPa，考虑到应力集中等因素，此时银片所受的压力已经达到银的断裂强度，但这并不会影响实验结果;且我们可得：元件整体压力都很小。小型断路器用双金属片材料选择要考虑主动层和被动层弹性模量相近或相同，线胀系数相差较大，上下两层金属要牢固的焊在一起，尺寸上要考虑长度尽量长，厚度尽量薄，上下层温差尽量大，这样就可以得到较大的变形挠度，起到很好的过载和断路保护之用。实际小型断路器设计时，精确考虑材料、结构尺寸等的合理匹配，达到精确地控制过载和断路保护。[11][11]小型断路器用双金属片的变形研究[A]王建勋1，王玮2(1.兰州石化职业技术学院机械工程学院，甘肃兰州;2.州石化公司乙烯厂，甘肃兰州)2017-9图3-31和图3-32中颜色越深的部分代表银片所受的压力越大，当某部分压力超过材料强度的定值时，该部分就会产生裂纹乃至发生断裂。图3-33起始位置图3-34终止位置如图3-33和3-34，图中大面积显示是蓝色部分的横放在铜板上的为双金属片，整体的红色部分为铜板、好氧树脂和银片，竖放在铜板中间的那一小部分为环氧栅片。图3-33为未接通电流时双金属片的位移场，即初始状态。图3-34为通过电流后第140秒时双金属片的位移场，可以很明显地根据数据看出双金属片的位置向下移动了