交流接触器热特性分析及优化设计

摘要

交流接触器在电能传输和设备控制中起到十分关键的作用,随着电气设备日趋复杂,用户对接触器的性能和可靠性要求越来越高。本文研究的接触器存在温升过高、触点熔焊、电寿命不达标等问题,因此需要对其热特性进行分析和优化设计。
　　本文首先分析了电磁系统的热特性。通过计算铁芯的涡流和磁滞损耗,并利用ANSYS有限元软件进行磁一热耦合仿真的方法,可以得到铁芯的温度场分布。利用牛顿热计算公式对线圈在吸合状态下的焦耳热损耗和最高温度进行计算,并通过实验对仿真结果的正确性进行验证。其次,分析了接触系统的热特性,提出了一种粗糙表面接触电阻计算和触点温升仿真的方法。具体的,先通过触点的表面形貌测量和数据统计分析,建立触点接触的数学模型,可以准确地计算一定接触压力下两表面的平均距离、接触斑点数和实际接触面积。然后将接触模型应用到接触电阻的计算公式中,得到接触电阻的数学模型。最后通过建立接触电阻等效体,进行三维有限元热一电耦合仿真。应用该方法,可以准确计算接触电阻和触点温升,并通过实验验证。进一步分析得到接触压力、通电电流和触点尺寸对触点温升的影响规律,为降低触点温升和接触系统的优化设计提供参考和依据。综合以上工作,建立接触器的整机热场数学模型和有限元模型,在确定内部气体传热方式的基础上，通过相似原理计算主要散热面的对流散热系数,通过仿真得到接触器整机以及关键部件的温度场分布,利用红外热像仪进行测温,验证仿真模型和结果的正确性。同时对高、低温环境下接触器的热特性进行分析,验证产品耐高、低温冲击的能力。最后通过分析接触器热特性的影响因素提出优化设计方法。针对研究对象交流接触器,提出了三种优化设计方案。通过热特性优化设计,可以减小铁芯的涡流损耗,增强接触器的散热性能,降低触点温升,而且使接触器的温度场分布均匀合理,接触器的可靠性得以提高,并最终实现接触器热特性的优化设计,满足客户要求。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1课题的来源及研究的目的和意义

1.2交流接触器热特性分析的国内外研究现状

1.3粗糙表面接触时接触电阻计算的国内外研究现状

1.4本文主要研究内容

第2章 交流接触器电磁系统的热特性分析

2.1引言

2.2 ANSYS有限元热分析基本原理

2.3交流接触器电磁系统的损耗计算

2.4交流接触器电磁系统的热特性分析

2.5本章小结

第3章 交流接触器接触系统的热特性分析

3.1引言

3.2粗糙表面接触模型的建立

3.3接触电阻数学模型的建立

3.4接触系统的热特性及影响因素分析

3.5本章小结

第4章 交流接触器整机热特性分析

4.1引言

4.2接触器整机热场数学模型

4.3接触器整机热场有限元分析

4.4实验验证

4.5本章小结

第5章 交流接触器热特性优化设计

5.1引言

5.2接触器热特性的影响因素

5.3接触器热特性优化设计

5.4本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

致 谢