TSE觸頭電動(dòng)力與電流關(guān)系的分析研究

1、    tse觸頭電動(dòng)力與電流關(guān)系的分析研究    陳紅群摘要：轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器的動(dòng)觸頭通過(guò)電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)斥力，造成觸頭壓力的減小，同時(shí)接觸電阻增大，甚至可能會(huì)導(dǎo)致觸頭虛接或者斥開(kāi)，嚴(yán)重的情況下觸頭將會(huì)熔焊或燒毀，影響供電的穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器；電動(dòng)斥力；觸頭壓力；供電穩(wěn)定性觸頭壓力是轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器（簡(jiǎn)稱tse）的一個(gè)重要參數(shù)，觸頭壓力直接關(guān)系到觸頭的發(fā)熱進(jìn)而影響tse的溫升性能。tse的觸頭壓力f是由彈簧或者彈簧片提供的，當(dāng)電流通過(guò)觸頭時(shí)，動(dòng)靜觸頭間由于電流收縮產(chǎn)生霍姆力fh，從而導(dǎo)致觸頭壓力減小，當(dāng)電流很大時(shí)，霍姆力也會(huì)變得很大，因此需要考慮電

2、動(dòng)力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)1用ansys對(duì)兩種不同觸頭預(yù)壓力相同電流情況下的電動(dòng)斥力進(jìn)行了仿真分析。通過(guò)ansysworkbench計(jì)算出觸頭之間的接觸半徑，在三維建模軟件中建立觸頭電接觸有限元模型，導(dǎo)入ansysworkbench模塊進(jìn)行電流場(chǎng)和電磁場(chǎng)分析，從而仿真得出接觸系統(tǒng)的電流密度分布和電動(dòng)斥力。針對(duì)一種斷路器觸頭結(jié)構(gòu)，通過(guò)ansys對(duì)比了不同觸頭補(bǔ)償結(jié)構(gòu)在收到短路電流沖擊情況下所受到的電動(dòng)力。本文基于一種具有電動(dòng)力補(bǔ)償裝置的觸頭結(jié)構(gòu)，通過(guò)ansys的仿真分析不同電流的情況下的觸頭電動(dòng)力，從而有助于確定在通電情況下使觸頭保持最優(yōu)性能的最優(yōu)觸頭壓力。1 模型的建立與力學(xué)系統(tǒng)分析下圖是本文分析的一

3、種具有電動(dòng)力補(bǔ)償裝置的觸頭結(jié)構(gòu)，該觸頭結(jié)構(gòu)由兩個(gè)動(dòng)觸頭（編號(hào)3）對(duì)稱布置于靜觸頭兩側(cè)（編號(hào)1），當(dāng)電流流過(guò)動(dòng)、靜觸頭時(shí)兩個(gè)動(dòng)觸頭就會(huì)產(chǎn)生平行導(dǎo)體電動(dòng)力fl，根據(jù)右手定則可知該力是吸力。1.靜觸頭2.觸頭彈簧3.動(dòng)觸頭一種具有電動(dòng)力補(bǔ)償裝置的觸頭結(jié)構(gòu)圖除了平行導(dǎo)體電動(dòng)力之外，觸頭間在通過(guò)電流的情況下還會(huì)產(chǎn)生霍姆力fh，以及彈簧提供的觸頭壓力fk。由這三個(gè)力共同組成通電情況下動(dòng)觸頭的力學(xué)系統(tǒng)，該合力值f合即為通電情況下觸頭所受到的壓力，可由公式（1）表述：f合=fkfh+fl（1）2 電動(dòng)力的假設(shè)及計(jì)算2.1 觸頭間的holm力平行導(dǎo)體導(dǎo)體電動(dòng)力的本質(zhì)就是洛倫茲力，由于洛倫茲力和霍姆力產(chǎn)生機(jī)理不相

4、同，所以在計(jì)算時(shí)需要分別考慮，動(dòng)靜觸頭接觸處具有電流電位場(chǎng)，并滿足關(guān)于接觸面和導(dǎo)電斑點(diǎn)的假設(shè)。圓柱形接觸導(dǎo)電的截面半徑為b，導(dǎo)電斑點(diǎn)超導(dǎo)小球的截面半徑為b，電動(dòng)斥力fh滿足如下公式：fh=04i2lnbb（2）將經(jīng)驗(yàn)公式f=hb2帶入上式中，可得到如下公式：fh=04i2lnhb2fk（3）式中流經(jīng)收縮區(qū)導(dǎo)體的電流（a）；跟觸頭表面接觸情況有關(guān)的系數(shù)，其范圍在0.306之間；h材料的布氏硬度（n/mm2）；fk接觸力（n）。2.2 導(dǎo)體間的洛倫茲力本文采用恒定磁場(chǎng)的方程來(lái)計(jì)算電流密度和磁通密度的分布，對(duì)整個(gè)模型區(qū)域進(jìn)行劃分，將電流密度作為激勵(lì)，計(jì)算其產(chǎn)生的三維磁場(chǎng)，最后根據(jù)公式（4）計(jì)算出作用

5、在每個(gè)單元上的電動(dòng)斥力fi。其中 ji 為每個(gè)單元的電流體密度，bi 為單元的磁感應(yīng)強(qiáng)度。fi=ji×bi（4）導(dǎo)體的體積為v，則作用在導(dǎo)體上的電動(dòng)力f可用公式（5）表示：f=fidv（5）因?yàn)楸疚闹械挠|頭結(jié)構(gòu)為平行導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所有該觸頭結(jié)構(gòu)所受的洛倫茲力可由平行導(dǎo)體電動(dòng)力公式（6）進(jìn)行計(jì)算：fl=2×107i2d0l（6）式中 d0 兩平行導(dǎo)體間間距；l 導(dǎo)體長(zhǎng)度。3 變觸頭尺寸的電動(dòng)力仿真分析仿真模型搭建。在creo2.0軟件中對(duì)ats觸頭部分進(jìn)行三維模型的建立，并在觸頭模型的外部建立一層空氣場(chǎng)。本文采用直接耦合的方法，同時(shí)計(jì)算出電流密度、磁場(chǎng)密度和觸頭所受的力值f，該力

6、值由公式（7）表示。f=flfh（7）電流密度分布是未知量，因而仿真中將電流值作為輸入，設(shè)置觸頭兩端電壓值，并對(duì)整個(gè)模型外層表面設(shè)置磁力線平行的邊界條件，然后對(duì)結(jié)果進(jìn)行求解，電觸頭仿真。4 結(jié)論為提高電力系統(tǒng)供電穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)觸頭熔焊或燒毀現(xiàn)象，本文使用ansys對(duì)觸頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，根據(jù)仿真結(jié)果得到以下結(jié)論。（1）該觸頭結(jié)構(gòu)fl和fh的合力f為吸力，該觸頭結(jié)構(gòu)具有電動(dòng)力補(bǔ)償作用；（2）當(dāng)電流小于該額定電流的20倍時(shí)，吸力值基本上為0，當(dāng)電流大于5000a左右時(shí)，吸力急劇增加；（3）根據(jù)電流與吸力的關(guān)系曲線為最終確定最優(yōu)觸頭壓力值fk提供了一定的理論指導(dǎo)。參考文獻(xiàn)：1戴水東，洪黎歡.基于ansys的低壓斷路器電動(dòng)斥力計(jì)算分析j.電器工業(yè)，2013（2）.科技風(fēng)2019年14期科技風(fēng)的其它文章高職院校思想政治教育與職業(yè)規(guī)劃教育的整體構(gòu)建途徑分析不同混凝法預(yù)處理麥草漿造紙廢水的碳排