4.热双金属元件的设计
七、热双金属元件设计
吴翊杨飞纽春萍荣命哲
Xi ’an Jiaotong University, China
电力设备电气绝缘国家重点实验室
1. 双金属片的主要物理性能
在进行断路器过载保护元件之一的热双金属设计时,首先必须熟悉热双金属的结构和物理性能。
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双金属是由不同热膨胀系数的两层金属彼此牢固结合的组合材料。热膨胀系数高的一层为主
动层,低的为被动层。
二者的热膨胀系数之差要求大,并在一定温度内保持不变,弹性极限大,两层弹性模型模量
相等或接近,化学性能稳定易结合。
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双金属组合材料
2. 温度范围与应力
温度范围
φ
l
λ
δ
热应力达到热双金属弹性极限时的温度,即为允许使用温度的上限,即允许使用温度范围。允许使用温度范围大于线性温度范围。在线性温度范围以外,允许使用范围温度以内,材料的热敏感性能有所减低。
Δf
L
应力
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使用应力:承受的应力不超过使用应力时,卸载后基本上能恢复原状;
极限应力:大于使用应力。承受的应力在大于使用应力小于极限应力的情况下双金属片还能工作,卸载后有一定的残余变形。
为了热双金属片在实际使用中,不致发生残余变形,施加于双金属上的总应力不应超过使用应力
3. 双金属元件在设计时对材料的考虑
2i e) 对∫t 和
I 2t 值的考虑
对于电动机保护型断路器,其双金属元件或电阻合金对短路稳定性的最低要求
是:耐受12倍额定电流。
5. ANSYS软件设计热双金属元件
直接耦合举例
电流密度分布
温度分布位移分布
应力分布
5. ANSYS软件设计热双金属元件
直接耦合注意事项
1. ANSYS直接耦合分析单元包合热-电-结构分析需要的所有方程,使用简单2. 以solid226单元为例,直接耦合的分析单元中,电磁分析方面仅仅包含电压和电流的变量,也就是说该耦合单元不能考虑交流电流的集肤效应与邻近效应,分析仅仅限于直流电流发热或集肤效应不明显的交流发热,有很大局限性3. 为了对热双金属元件进行交流情况的分析,还须用到间接耦合的分析方法。
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谢谢