基于有限元法的配电柜温度场研究

摘要

本文首先简单介绍了配电柜的发热原因、温升对配电柜正常工作的影响及配电柜热问题的研究现状，在此基础上，引出了本课题的研究对象——配电柜的温升问题。 针对配电柜的温升问题，提出了配电柜温度埸概念，介绍了热传导、热对流和热辐射等三种热传递方式及其热流密度方程，介绍了稳态温度埸的热微分方程、边界条件及其有限元分析法。 进而，阐述了配电柜的热传输机理，建立了典型产品CGHL(K)-C型抽出式低压成套开关设备及其8E抽屉单元的热分析简化模型，分析了研究对象的热载荷及边界约束条件。在介绍配电柜的温升国家标准的基础上，根据国标对CGHL(K)型抽出式低压成套开关设备中的抽屉功能单元进行了温升试验，并用热电偶采集了各预定节点的温度值；准备了热分析计算模型的材料属性、热约束/热载荷数据及环境温度数据。 最后，构建了抽屉功能单元的三维实体模型，用ANSYS软件对抽屉单元进行了温度埸分析，并把计算数据与实测数据进行了比较，比较表明：本文方法的分析结果是准确的，把本文方法用于配电柜的热设计，有利于提高设计效率，降低试验费用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1 课题的背景及目的

1.2 热问题对电器设计和使用的影响

1.3 开关柜热问题研究的概况

1.3.1 低压成套设备发展动向

1.3.2 从IEC 439的修改看低压成套设备的发展

1.4 研究配电柜的热问题的意义

1.5 本课题的主要工作

第2章温度场分析的有限元法

2.1 配电柜中的温度场问题

2.2 温度场有限元分析的数学模型

2.2.1 传热学经典理论

2.2.2 热传递的方式

2.2.3 稳态传热

2.2.4 温度场分析的有限元法

2.3 本章小结

第3章配电柜的温度场及模型

3.1 配电柜的热传输机理

3.2 抽屉单元的热分析简化模型

3.2.1 配电柜的热分析简化模型

3.2.2 抽屉单元的热分析简化模型

3.3 本章小结

第4章对模型的实验测量和数据采集

4.1 配电柜温升的引用标准

4.2 实验设备、实验方法和实验数据

4.2.1配电柜抽屉功能单元的温升试验

4.2.2温度测量采用直接测量法—热电偶法

4.2.3配电柜抽屉功能单元的实验数据

4.3 计算模型的热分析数据准备

4.4 本章小结

第5章利用ANSYS软件进行计算机辅助设计

5.1 ANYSY的功能介绍

5.2 抽屉功能单元的ANSYS热分析

5.2.1构造实体模型

5.2.2划分单元网格

5.2.3热分析结果

5.3 计算结果的分析

5.4 本章小结

第6章结论

参考文献

作者在攻读硕士期间发表的论文

致谢