基于有限元法的配电柜温度场研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 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
• 1.3.1.1 多功能的母线系统
• 1.3.1.2 塑料零部件的使用
• 1.3.1.3 加工工艺的改进
• 1.3.1.4 电力电子和微电子技术的应用
• 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
• 2.2.4.1 有限元法的求解过程
• 2.2.4.2 前处理与后处理
• 2.3 本章小节
• 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计算
• 5.1 ANSYS 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