低压电器热过载保护及热双金属片仿真设计

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2021.06.007

电器与能效管理技术 ›› 2021, Vol. 0 ›› Issue (6): 41-46.doi: 10.16628/j.cnki.2095-8188.2021.06.007

低压电器热过载保护及热双金属片仿真设计

许文良, 何为龙

上海量乘机电科技有限公司, 上海 200003

收稿日期:2020-12-25 出版日期:2021-06-30 发布日期:2021-10-13
作者简介:许文良(1982—),男,高级工程师,主要从事低压电器产品的研发与仿真技术研究应用。|何为龙(1986—),男,工程师,主要从事低压电器产品的研发和制造工作。

Thermal Overload Protection for Low Voltage Apparatus and Simulation of Thermal Bimetal

XU Wenliang, HE Weilong

Shanghai Leading Connection Mechatronics Technology Co.,Ltd.,Shanghai 200003,China

Received:2020-12-25 Online:2021-06-30 Published:2021-10-13

摘要/Abstract

摘要：

热双金属片的设计是涉及电热、热变形及机械传动等多物理场耦合的多学科问题。以某型号小型断路器为例,重点介绍借助虚拟仿真技术手段,进行热双金属片仿真设计,并进行试验验证。

关键词: 低压电器, 热双金属片, 仿真, 热过载保护

Abstract:

Thermal overload protection is an important function of low voltage apparatus.With the simple structure and reliable operation thermal bimetal is used for this function.The design of thermal bimetal is a multi-disciplinary problem involving electrical,thermal,mechanical and so on.This paper takes a certain type of miniature circuit breaker as an example to introduce the method for simulation and design of thermal bimetal.And experimental verification is carried out.

Key words: low voltage apparatus, thermal bimetal, simulation, thermal overload protection

中图分类号:

TM56

许文良, 何为龙. 低压电器热过载保护及热双金属片仿真设计[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(6): 41-46.

XU Wenliang, HE Weilong. Thermal Overload Protection for Low Voltage Apparatus and Simulation of Thermal Bimetal[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2021, 0(6): 41-46.

图/表 12

图1

图2

图3

表1

表2

表3

接线柱接触电阻计算

参数	数值	参数	数值
d/mm	4	ρ/(Ω·m)	1e-7
预紧扭矩/(N·m)	1.2	R_a/m	1.6e-5
拧紧扭矩系数K	0.284	$K L K F · K S$	4e4
F_k/N	1 060	R_c/μΩ	52.2

表3

表4

表5

图4

图5

图6

表6

标号	零件名	材料	密度 /(g·cm^-3)	热导率(20 ℃) /[W·(m·K)^-1]	电阻率 /(Ω·m)
1、13	外接铜排或线	铜T2Y	8.92	397	1.75e-8
2、12	接线板	铜T3Y	8.92	397	1.75e-8
3	线圈	漆包线	8.92	397	1.75e-8
4	轭铁	覆铜钢板F11J	7.87	80	10.07e-8
5	静触头	铜T2Y	8.92	397	1.75e-8
6	静触点	AgC(4)	8.9	427	2.2e-8
7	动触点	AgNi(10)	10.2	397	2.3 e-8
8	动触头	铜T2Y	8.92	397	1.75e-8
9	软联结	软铜绞线	8.92	397	1.75e-8
10	热双金属片	—	8.10	22	—
11	连接片	0.5铜带T3M	8.92	397	1.75e-8
12	产品外壳	PA6	1.14	0.25	—

参数	数值
热双金属片型号	MY-5SP	MY-5SP
电流/A	50	63
电阻率/(μΩ·cm)	5	5
比弯曲/K^-1	17.9×10^-6	17.9×10^-6
弹性模量 /(N·mm^-2)	1.13×10⁵	1.13×10⁵
热双金属片尺寸 (长×宽×厚) /(mm×mm×mm)	34.5×6.0×0.8	34.5×6.0×0.8
点焊长度/mm	8.0	24.5

参数	数值	参数	数值
压力/N	4.5	L(R_a)/mm	0.032
r1/mm	4.6	S=2a_eb/mm²	0.075
b/m	0.002 6	修正系数K_L/K_S	42 900
等效半径a_e/m	1.45e-5	计算值/μΩ	410
ρ/(e^-10Ω·m)	225

测量点	零件名	接入尺寸(长×宽×厚) /(mm×mm×mm)	电阻 /μΩ	占比 /%
1-2	接线柱-接触	M4	52.2	4.2
2-3	接线板	35.0×1.2×7.0	86.3	6.9
3-4	线圈	125.0×2.5×4.0	218.9	17.5
4-5	轭铁	1.0×4.7×3.6	5.5	0.4
5-6	静触头	11.0×4.0×1.2	40.7	3.3
6-7	触点-接触	—	410.0	32.8
7-8	动触头	12.0×3.1×2.0	34.1	2.7
8-9	软联结	45×4	197.0	15.8
9-10	热双金属片	3.5×6.0×0.8	36.4	2.9
10-11	连接片	13.0×6.0×0.5	73.2	5.9
11-12	接线板	20.0×1.2×7.0	41.9	3.4
12-13	接线柱-接触	M4	52.2	4.2

额定电流/A	测试电流	脱扣时间/h			计算误差/%
额定电流/A	测试电流	仿真值	试验值		计算误差/%
50	1.13I_n	1.87		1.67		12.0
50	1.45I_n	0.77		0.67		14.9
63	1.13I_n	1.23		1.08		13.9
63	1.45I_n	0.56		0.50		12.0

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