大电流连接器的热分析与热设计

发布时间：2017-07-26 07:00

  本文关键词：大电流连接器的热分析与热设计

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【摘要】：在电力系统中,连接器是为两个导体界面提供连续可靠的电流通路的基本元件。目前在大电流设备中,主要连接器结构是铜排之间通过螺栓螺母紧固得到稳定连接。由于铜排具有优良的导电性能以及较大的可折弯度,这种铜排连接器在电源机柜汇流排、高低压输电设备和开关触头等产品中运用广泛。 当前大电流连接器面临的主要问题是温升和电蚀。而低电压中温升又是影响产品载荷容量和可靠性的关键。连接器的温升是由工作时的焦耳热带来的,因此决定连接器温升的因素主要是接触电阻与机械结构。 连接器应具有低而稳定的接触电阻来保证接触区温升在材料允许的温度范围内。机械结构一方面为连接器提供可靠的接触条件,另一方面不同尺寸铜排直接影响着连接器整体的电阻。本文根据电接触理论对连接器接触电阻影响因素进行了分析,并通过Greenwood-Williamson接触模型进行了接触电阻的计算,对接触力、表面粗糙度对接触电阻的影响进行了定量分析。同时对连接器进行了ANSYS有限元热-电耦合分析以及理论分析,得出了连接器热稳态下的热分布情况以及对连接器热特性的有效数值分析方法。通过这种方法对大量铜排模型进行了分析,得出结构与温升的关系,并根据这些关系指导连接器的热设计。 为了降低温升的影响,提高连接器载流量,本文对连接器热设计提出了两种方案,一是改变连接器结构,如铜排宽度、厚度、搭接形式来改变铜排的载流能力；二是通过改变对流散热情况,增强散热能力。根据分析结果可以看出,此两种方法对连接器热稳态下的温升有着很明显的降低作用。 本文旨在通过对典型产品的分析研究,建立大电流连接器的热分析方法和仿真模型,以期对此类连接器的设计提供依据和热设计方法。
【关键词】：铜排 大电流连接器 热分析 ANSYS 接触电阻
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM503.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 热分析技术国内外现状及发展趋势10-12
• 1.2.1 热分析技术国内外现状10-11
• 1.2.2 连接器热分析发展趋势11-12
• 1.3 电接触理论国内外现状12
• 1.4 计算机热仿真国内外现状12-13
• 1.5 课题研究内容13-14
• 1.6 论文章节安排14-15
• 第二章 大电流连接器热设计理论基础15-20
• 2.1 传热学基本理论15-17
• 2.1.1 热传导理论15
• 2.1.2 热对流理论15-16
• 2.1.3 热辐射理论16-17
• 2.2 电接触理论17-19
• 2.2.1 接触电阻的形成17-18
• 2.2.2 接触电阻的影响因素分析18-19
• 2.3 本章小结19-20
• 第三章 大电流连接器的热分析20-36
• 3.1 ANSYS有限元仿真软件介绍20-22
• 3.2 连接器选型22
• 3.3 接触电阻模型及计算22-26
• 3.4 有限元仿真26-33
• 3.5 热应力分析33-34
• 3.6 本章小结34-36
• 第四章 大电流连接器的热设计36-49
• 4.1 结构设计37-46
• 4.1.1 搭接形式设计37-39
• 4.1.2 宽度与厚度设计39-40
• 4.1.3 螺栓设计40-44
• 4.1.4 接触电阻温升与结构的关系44-45
• 4.1.5 连接器结构优化设计45-46
• 4.2 散热优化46-47
• 4.3 本章小结47-49
• 第五章 总结与展望49-51
• 5.1 论文总结49
• 5.2 展望49-51
• 参考文献51-54
• 致谢54-55
• 攻读学位期间发表的学术论文55

【参考文献】

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本文编号：575137