继电器瞬态温度场仿真计算及其试验

论文摘要

电器的发热计算对于电器的设计具有重要的意义,随着电器的小型化和大容量的发展使得热分析更加的重要。电器各部分的发热和散热是一个非常复杂的过程,影响它的因素很多,很难建立一个考虑所有影响因素的热分析解析公式。采用电子计算机使用数值方法计算电器的温度场,可以得到较为准确的结果,能够降低研制费用,缩短开发周期。本文利用有限元软件ANSYS计算了当环境温度为25℃时,商用汽车继电器在三种不同外加功率下反复闭合开断多个周期的瞬态温度场分布,在继电器上选取若干个关键点,计算并比较了这些关键点温度随时间变化的规律。计算结果表明:当输入功率较小时,继电器内部温度场分布较均匀,各金属元件温升较接近;当输入功率较大时,继电器内部温度场分布不再均匀,高、低温分布明显,触头闭合时刻,动静触头及与动触头连接的多股铜铰线温度最高,触头断开时刻,静触头及与其相连接的引脚温度最高。本文还计算并比较了继电器在无对流无辐射、有对流无辐射及有对流有辐射三种散热方式下的温升,以及不同外界环境温度对继电器温度分布的影响。计算结果表明:对流和辐射散热对继电器温升的影响随着工作时间的增加越来越大,且继电器输入功率越大,对流和辐射散热对温升影响越大;继电器内部温度分布与外界环境温度无关,但最高温度值随外界环境温度的升高而增大。最后,通过试验测量继电器工作时的实际温升,并与温度计算值相比较。结果表明,继电器的温度实测值与计算值具有较好的一致性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 继电器热分析的研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要的工作及章节安排
• 2 传热学基本理论及有限元方法
• 2.1 传热学基本理论
• 2.2 有限元方法介绍
• 2.3 ANSYS 简介及其在温度场中应用
• 2.4 本章小结
• 3 不同触头功率下继电器内部温度场的分布
• 3.1 继电器的结构及热分析数学模型
• 3.2 热源计算
• 3.3 继电器表面散热系数的确定
• 3.4 三种不同触头功率下继电器的温升
• 3.5 本章小结
• 4 不同散热方式对继电器温升的影响
• 4.1 1 倍触头功率下不同散热方式对继电器温升的影响
• 4.2 50 倍、100 触头功率下不同散热方式对继电器温升的影响
• 4.3 本章小结
• 5 外界环境温度的变化对继电器温度场的影响
• 5.1 环境温度为-40℃时继电器的温度场
• 5.2 环境温度为100℃时继电器的温度场
• 5.3 三种不同外界环境温度下温升的比较
• 5.4 本章小结
• 6 试验及仿真计算的验证
• 6.1 试验装置
• 6.2 试验用继电器及温度测试仪的简介
• 6.3 仿真计算及结果
• 6.4 试验结果及计算值的验证
• 6.5 本章小结
• 7 全文总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 全文展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录攻读硕士期间发表的论文