三相断路器有三个极，这里分析一个极的发热。图5-10是由仿真结果获得的断路器产生的热量通过各部分散出的分配比例，由图可以看出总的热量是3.10W，其中差不多有三分之二的热量由对流散出，而一半以上的热量是由连接导线散出，由此可见，对断路器的热分析，必须考虑连接导线的作用。图5-7 电动机断路器图5-8 样机的模型图5-9 计算结果的导电回路温度分布图5-10 由仿真结果获得的各部分热量散失的分配比例......
2023-06-15
大规格断路器的热分析探究
【摘要】：2）壳体内部传热方式除传导外，由于塑壳断路器内部空间较大，需考虑对流。图5-11 塑壳断路器外壳内外侧热传递机理4）接线端和连接导线作为边界条件处理，采用5.5节中方法。研究的塑壳断路器有三个极，每个极之间用绝缘板隔开，仿真中仅一次取一个极进行计算，所以不同的极有不同的边界条件，对中间极假定没有热的传递至两侧的极，因而设中间相对两边相的传热也即取α=0。图5-12 100A塑壳断路器仿真和实测值对比
德国Braunschweig技术大学的Barcikowski和Lindmayer对一个100A塑壳断路器用三维有限元方法进行热分析[2]，为了简化仿真过程，对断路器的结构作了修正，如图5-11中1为电磁脱扣器，2为热脱扣器，3为机构，这些部件都简化成简易的几何形体，断路器的发热和传热过程有以下假定：
1）热源中忽略磁脱扣器铁心的磁滞和导体中的涡流。
2）壳体内部传热方式除传导外，由于塑壳断路器内部空间较大，需考虑对流。
3）外壳表面通过对流和辐射向外界散热，如图5-11中A为辐射，B为对流，壳体内部不考虑辐射。
图5-11 塑壳断路器外壳内外侧热传递机理
4）接线端和连接导线作为边界条件处理（图5-11中C），采用5.5节中方法。
5）表面综合散热系数α=αconv+αrad（式5-6），不考虑与温度的关系，取为常数，其中αconv=5Wm-2K-1，αrad=7Wm-2K-1。
研究的塑壳断路器有三个极，每个极之间用绝缘板隔开，仿真中仅一次取一个极进行计算，所以不同的极有不同的边界条件，对中间极假定没有热的传递至两侧的极，因而设中间相对两边相的传热也即取α=0。在仿真中，动静触头以及固定连接的接触电阻由测量值得到。
由于在热源计算中，首先要考虑导体中电流密度分布，而在壳体内部的传热过程中又要考虑传导和对流，所以整个仿真过程需要求解两个耦合场：
（1）热-电耦合场
这个耦合场计算包括导体中电流密度分布和导体中温度场，计算中计及了材料的导热系数及电阻系数随温度的变化。
（2）流场和热场耦合仿真
在这个仿真中，壳体内部对流过程得到详细的计算，空气的热参数与温度关系得到考虑，但不能考虑热源随温度的变化。
在仿真过程中，这两个耦合场计算是交替进行，热-电耦合场计算获得的计算温度变化的热源，作为流场和热场耦合计算的输入，而流场仿真的壳体内对流散热的结果，则作为热-电耦合的输入，两种迭代计算，进行到两种计算的差值在允许范围内则计算结束。对100A塑壳断路器仿真结果与实测值对比见图5-12，由图可看出，除磁脱扣器线圈的计算有较大误差外，仿真结果与实测结果比较一致，中间相的仿真和实测结果较边相的温升要高，这是由于中间相散热较边相要差的原因。
图5-12 100A塑壳断路器仿真和实测值对比
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2023-06-24
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