应用热路网络和设计紧凑型断路器

设计紧凑型低压电器节省原材料、简化加工工艺，是节能减排的重要手段，其关键技术是热计算和降低温升，用三维有限元热仿真技术，计算工作复杂并需要大量的机时，所以近年来国内外出现一种热路网络的热分析方法，它简单而又省时，适合于工程应用，图6-74为西安交通大学用热路网络方法建立的100A接触器主回路及其对应的热路网络（见图6-75）。仿真的结果是否有效主要取决于仿真工作是否严格按照国家标准规定的条件进行，在对接触器进行数值热分析时，主回路外接导线的作用也必须考虑。根据IEC标准和国家标准，通过100A额定电流时，连接导线导体的截面积为35mm²，连接长度为1m。图6-76为用三维有限元和热路网结两种方法计算获得的图6-74上各对节点的温度，可见两种计算结果很接近。

图6-71 电压为16V时的线圈电流仿真和实验波形

a）仿真波形 b）实验波形

图6-72 电压为16V时动铁心行程曲线

万能式断路器是低压配电系统的主开关，目前国内外各大公司都针对如何提高其短时耐受能力和开断性能方面做了大量研发工作，但设计高性能紧凑型断路器的另一重要方面是优化设计断路器的热场分布，降低温升。日本三菱电气公司用热路网络分析的方法，优化设计了导电回路，图6-77为计算结果与实测的对比，通过热分析，该公司设计了一种新的紧凑型AE2000-SWA壳架等级的万能式断路器，并按仿真结果采取了以下措施：优化软连接的截面；增加连接处的接触面积以减小接触电阻；连接处的某些加工面采用高准确度冲压加工；由于中间相散热困难，适当加大其截面积。采取了上述措施后，2000A的断路器尺寸和原1600A的相同。

图6-73 当外施电压为16V时的动触头运动情况(www.xing528.com)

图6-74 主回路结构

1—动导电杆长度中心处的节点，即节点1至2的长度为动导电杆长的一半 2—动导电杆右端节点 3—动触头中心节点 4—静触头中心节点 5—静导电杆左端节点 6—静导电杆右端节点 7—接线端左端节点 8—接线端右端节点 9—连接导线左端节点 10—连接导线长度中心处的节点，即节点9至10的长度为连接导线长的一半

图6-75 主回路热网络

图6-76 两种方法计算结果对比