TSE觸頭電動力與電流關(guān)系的分析研究

1、    tse觸頭電動力與電流關(guān)系的分析研究    陳紅群摘要：轉(zhuǎn)換開關(guān)電器的動觸頭通過電流時，會產(chǎn)生電動斥力，造成觸頭壓力的減小，同時接觸電阻增大，甚至可能會導致觸頭虛接或者斥開，嚴重的情況下觸頭將會熔焊或燒毀，影響供電的穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)換開關(guān)電器；電動斥力；觸頭壓力；供電穩(wěn)定性觸頭壓力是轉(zhuǎn)換開關(guān)電器（簡稱tse）的一個重要參數(shù)，觸頭壓力直接關(guān)系到觸頭的發(fā)熱進而影響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，當電流通過觸頭時，動靜觸頭間由于電流收縮產(chǎn)生霍姆力fh，從而導致觸頭壓力減小，當電流很大時，霍姆力也會變得很大，因此需要考慮電

2、動力補償結(jié)構(gòu)。文獻1用ansys對兩種不同觸頭預(yù)壓力相同電流情況下的電動斥力進行了仿真分析。通過ansysworkbench計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，導入ansysworkbench模塊進行電流場和電磁場分析，從而仿真得出接觸系統(tǒng)的電流密度分布和電動斥力。針對一種斷路器觸頭結(jié)構(gòu)，通過ansys對比了不同觸頭補償結(jié)構(gòu)在收到短路電流沖擊情況下所受到的電動力。本文基于一種具有電動力補償裝置的觸頭結(jié)構(gòu)，通過ansys的仿真分析不同電流的情況下的觸頭電動力，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 模型的建立與力學系統(tǒng)分析下圖是本文分析的一

3、種具有電動力補償裝置的觸頭結(jié)構(gòu)，該觸頭結(jié)構(gòu)由兩個動觸頭（編號3）對稱布置于靜觸頭兩側(cè)（編號1），當電流流過動、靜觸頭時兩個動觸頭就會產(chǎn)生平行導體電動力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.動觸頭一種具有電動力補償裝置的觸頭結(jié)構(gòu)圖除了平行導體電動力之外，觸頭間在通過電流的情況下還會產(chǎn)生霍姆力fh，以及彈簧提供的觸頭壓力fk。由這三個力共同組成通電情況下動觸頭的力學系統(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 電動力的假設(shè)及計算2.1 觸頭間的holm力平行導體導體電動力的本質(zhì)就是洛倫茲力，由于洛倫茲力和霍姆力產(chǎn)生機理不相

4、同，所以在計算時需要分別考慮，動靜觸頭接觸處具有電流電位場，并滿足關(guān)于接觸面和導電斑點的假設(shè)。圓柱形接觸導電的截面半徑為b，導電斑點超導小球的截面半徑為b，電動斥力fh滿足如下公式：fh=04i2lnbb（2）將經(jīng)驗公式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 導體間的洛倫茲力本文采用恒定磁場的方程來計算電流密度和磁通密度的分布，對整個模型區(qū)域進行劃分，將電流密度作為激勵，計算其產(chǎn)生的三維磁場，最后根據(jù)公式（4）計算出作用

5、在每個單元上的電動斥力fi。其中 ji 為每個單元的電流體密度，bi 為單元的磁感應(yīng)強度。fi=ji×bi（4）導體的體積為v，則作用在導體上的電動力f可用公式（5）表示：f=fidv（5）因為本文中的觸頭結(jié)構(gòu)為平行導體結(jié)構(gòu)，所有該觸頭結(jié)構(gòu)所受的洛倫茲力可由平行導體電動力公式（6）進行計算：fl=2×107i2d0l（6）式中 d0 兩平行導體間間距；l 導體長度。3 變觸頭尺寸的電動力仿真分析仿真模型搭建。在creo2.0軟件中對ats觸頭部分進行三維模型的建立，并在觸頭模型的外部建立一層空氣場。本文采用直接耦合的方法，同時計算出電流密度、磁場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，并對整個模型外層表面設(shè)置磁力線平行的邊界條件，然后對結(jié)果進行求解，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對觸頭結(jié)構(gòu)進行仿真，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)具有電動力補償作用；（2）當電流小于該額定電流的20倍時，吸力值基本上為0，當電流大于5000a左右時，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。參考文獻：1戴水東，洪黎歡.基于ansys的低壓斷路器電動斥力計算分析j.電器工業(yè)，2013（2）.科技風2019年14期科技風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