金属熔桥热特性的理论与仿真分析

发布时间：2021-09-09 06:17

　　金属熔桥是电弧放电形成前的重要阶段,电弧则是造成触点粘接的主要原因,而粘接也是触点的主要失效方式,因此关于金属熔桥的研究对电接触失效问题的研究是极其有帮助的。本文以金属触点在分断过程中的熔桥行为作为研究对象,通过理论建模研究与仿真研究的技术手段,展开了对金属熔桥热特性以及金属熔桥典型实验波形两方面的分析。首先,基于热平衡原理建立了金属触点、熔桥温度分布模型,研究了金属触点、熔桥温度分布的规律与稳态金属熔桥最高温度、根部温度的影响因素;对比分析了桥半径、桥长度、回路电流、不同金属材料等因素对于金属熔桥温度分布的影响;总结了最高温度、回路电流、桥半径、桥长四个物理量对稳态金属熔桥热特性的影响。其次,研究了非稳态金属熔桥温度分布的规律;建立了金属熔桥温度随时间变化的模型;研究了金属熔桥形成过程与断裂前温度、热功率的变化;研究了金属熔桥温度、热功率变化过程中的特点与联系;对比分析了分断过程中分断速度、桥半径、桥长度、回路电流、不同金属材料等因素对于金属熔桥温度随时间变化规律的影响。进而,依托有限元仿真软件Comsol Multiphysics建立了触点分断过程中金属熔桥热特性的仿真模型;得出了... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

本文总体研究方案

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文11dPI——薄层本身的导体发热功率（W）；dPdl——薄层的对流散热功率（W）dPfs——薄层的辐射散热功率（W）。令金属熔桥与触点表面交界处为原点，金属触点薄层与原点的轴向距离为自变量x，温升为τ。其中传出与传入薄层的功率差值可以表示为ddddcdcdPPAx(2-12)薄层本身的导体发热功率可以表示为22dddIIpPIRxA(2-13)薄层对流散热功率与辐射散热功率可以表示为242d2πdd2πddldlfsfPkrxPrx(2-14)由于金属熔桥桥半径及体积相比金属触点表面半径及体积要小得多且金属触点的半径与长度往往相差不大，对于金属熔桥与金属触点交界处这一点的热量来说，其轴向与径向传导散热效率即为接近，因此当金属传热截面半径突然增大约数千倍时，其等温线会发生弯折。金属触点的等温线即传导散热的有效传热面积示意图如下：图2-1金属触点等温线分布示意图由上图可知，金属熔桥与触点交界处的有效传导散热面积即为金属熔桥的截面面积，而交界处附近的等温线则接近于椭圆弧，等温线随着与交界处距离的增大越来越接近于圆形唬为了准确建模研究，将所有等温线在其径向投影长度不变的情况下均等效为一个半圆弧，如图2-2所示。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文12图2-2金属熔桥与触点交界处实际等温线与近似等温线分布示意图金属触点与熔桥交界处的径向投影等温线长度为金属熔桥的直径2r1，则等效为半圆形的半径x0为102πrx(2-15)若金属触点的长度为l2，半径r2≥2l2，则穿过金属触点外表面的完整半圆弧等温线长度为πl2。令金属熔桥与触点交界处为x0点，垂直于触点表面方向轴向分布x点，这些点与交界处的距离为x-x0，则x点处实际传导散热面积为2112π22A=π2ππxrrxl(2-16)由于导电斑点处等电势线与等温线基本重合，则判断电流线与热量流动方向一致，将式(2-12)至式(2-16)代入式(2-11)，左右同除dx，整理公式得到2244262d2160dπfdlS22kIpxxrr(2-17)由于空气自然对流散热与辐射散热所占总散热比重极小且含τ项不利于微分方程求解，忽略含τ项可得22426d16dπSIpxx(2-18)式(2-18)的通解为226128CC3πSIpxx(2-19)当x→+∞时，τ≈0，根据式(2-19)可以得到C1=C2=0，则微分方程的解为221126028223πππSIprrTxTxl(2-20)


本文编号：3391587