过载继电器三维温度场的分析-电气工程专业论文.docxVIP

Thesis Submitted to Hebei University of Technology for The Master Degree of Electrical Engineering THE 3-D TEMPERATURE FIELD ANALYSIS OF OVERLOAD RELAY by Hao Ding Supervisor: A. Prof. Zhao Jingying November 2014 原创性声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表 的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究 工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声 明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 关于学位论文版权使用授权的说明 本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有 权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全 文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 日期： 导 师 签 名： 日期： I I PAGE PAGE II 摘 要 过载继电器广泛应用于各种电动机的故障保护，其性能直接影响电动机的运行状 态。过载继电器是利用电流的热效应原理进行工作的，因此过载继电器的热分析至关 重要。利用传统的工程计算方法进行热分析较为困难，依靠数值分析技术进行不同工 作条件下的温度场仿真，可以直观的体现过载继电器的工作特性，对过载继电器生命 周期内的性能研究具有非常重要的意义。 本文以典型过载继电器为研究对象，主要研究内容如下： 1、根据过载继电器的工作原理和总体结构，探讨了等效热路计算方法，建立了 等效热路模型；理论研究了过载继电器温度场的有限元分析方法，能更好的、更精确 的分析过载继电器的温度分布情况；此外，阐述了过载继电器内部关键部件热双金属 片的曲率、挠度、以及热弹性变形时产生的推力的理论计算方法。 2、利用 ANSYS 仿真软件建立了过载继电器的有限元模型，采用电—热—结构耦 合分析方法，研究了关键部件热双系统在不同电流激励下的温度分布规律、应力分布 情况和位移变化情况等关键特性；设计了温度采集系统，进行了热双系统温度的实时 采集；进行了仿真、实验和理论求解结果的对比分析，结果基本吻合，验证了仿真方 法的正确性，并找出了误差原因，为过载继电器的设计提供依据。 3、研究了带壳情况下过载继电器热双系统的热仿真方法，分析了温度场分布情 况，并与不带壳情况下的结果进行了对比。由于壳内空间较小，空气流动性差，热双 系统远远没有整体在空气环境的散热好，所以带壳情况下比不带壳情况下的温升要 高。 4、研究了环境温度、位置布置对过载继电器热双系统温度场分布的影响。在过 载继电器允许的工作环境温度范围内，环境温度对热双系统的温升分布影响较小；在 整体设计空间限制（铜片和镍铬合金之间的夹角及镍铬合金和双金属片之间的夹角不 会超过 30o）的情况下，热双系统的温升随角度的增加而升高。 关键词：过载继电器，热双系统，温度场，ANSYS，热-电-结构耦合 ABSTRACT Overload relay is widely used in a variety of motor fault protection, which directly affects the running state of the motor. Overload relay operates based on the principle of current thermal effect, so the thermal analysis of the overload relay is important. The traditional engineering calculation method is difficult to acquire the information of the temperature field. By use of numerical analysis technology, the simulation of temperature field under different operating conditions is convenient to display operation characteristics of