基于电-热流场双向耦合的直流继电器温升特性仿真研究

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2024.01.004

电器与能效管理技术 ›› 2024, Vol. 0 ›› Issue (1): 18-23.doi: 10.16628/j.cnki.2095-8188.2024.01.004

基于电-热流场双向耦合的直流继电器温升特性仿真研究

于人杰¹, 王刚¹, 王亚宾², 唐俊平², 李兴文¹

1.西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室, 陕西西安 710049
2.三友联众集团股份有限公司, 广东东莞 523000

收稿日期:2023-09-11 出版日期:2024-01-30 发布日期:2024-02-29
作者简介:于人杰(1998—),男,硕士研究生,研究方向为电力开关设备温升计算。|王刚(2000—),男,硕士研究生,研究方向为机构仿真计算。|王亚宾(1994—),男,研究方向为继电器设计与仿真计算。
基金资助:
陕西省科技计划项目(2022TD-59)

Simulation Research on Temperature Rise Characteristics of DC Relay Based on Bidirectional Coupling of Electromagnetic-Heat Flow Field

YU Renjie¹, WANG Gang¹, WANG Yabin², TANG Junping², LI Xingwen¹

1. State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment,Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China
2. Sanyou Corporation Limited, Dongguan 523000, China

Received:2023-09-11 Online:2024-01-30 Published:2024-02-29

摘要/Abstract

摘要：

高压直流继电器体积小、散热能力有限,长期工作下存在局部过热的风险,发热严重时甚至影响到接触稳定性和继电器工作寿命。针对200 A直流继电器,综合考虑导体回路通电下欧姆损耗发热,在大空间的自然热对流、热传导以及热辐射、材料电阻率随温度变化等因素,建立继电器在额定工况下电-热流场双向耦合模型,设置电阻率随温度变化函数,进行耦合计算。最后,搭建对应的样机测温平台,对仿真正确性进行验证。结果表明双向耦合结果比单向耦合结果高约5.1 %,与实验测量值误差小于6.2%,验证了电热流场双向耦合的有效性。

关键词: 直流继电器, 温升, 电热流场仿真, 双向耦合

Abstract:

High voltage DC relays have small size and limited heat dissipation capacity.There is a risk of local overheating under long-term operation.It can even affect the contact stability and the working life of the relay when the heating is serious.Aiming at the 200 A DC relay,comprehensively considering the ohmic loss heating of the conductor circuit under power,and the natural heat convection,heat conduction and heat radiation of the relay in large space,the change of material resistivity with temperature and other factors,the bidirectional coupling model of the relays under rated working conditions is established,the resistivity change function with temperature is set,and the coupling calculation is performed.Finally,the corresponding temperature measuring platform of the prototype is built to verify the correctness of the simulation.The results show that the bidirectional coupling results are about 5.1% higher than the unidirectional coupling results,and the error with the experimental measurement is less than 6.2%,which can verify the validity of the bidirectional coupling of the electric heat flow field.

Key words: DC relay, temperature rise, simulation of electric heat flow field, bidirectional coupling

中图分类号:

TM581

于人杰, 王刚, 王亚宾, 唐俊平, 李兴文. 基于电-热流场双向耦合的直流继电器温升特性仿真研究[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(1): 18-23.

YU Renjie, WANG Gang, WANG Yabin, TANG Junping, LI Xingwen. Simulation Research on Temperature Rise Characteristics of DC Relay Based on Bidirectional Coupling of Electromagnetic-Heat Flow Field[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2024, 0(1): 18-23.

图/表 12

图1

图2

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表1

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参考文献 16

[1]	吴燕, 刘帼巾. 基于Ansys的小型汽车继电器的温度场仿真[J]. 电器与能效管理技术, 2015(2):27-31,37.
[2]	黄琳敏, 陈德桂, 张敬菽. 计及物理参数随温度变化时螺管电磁铁温度场和瞬态热路的仿真分析[J]. 电工技术学报, 2003(5):27-31.
[3]	郑必成. 继电器瞬态温度场仿真计算及其试验[D]. 武汉: 华中科技大学, 2008.
[4]	李丹, 张代润, 杨林. 电磁继电器温升特性的仿真研究[J]. 电气技术, 2018, 19(3):26-30.
[5]	侯国斌, 傅明利, 邓晓峰, 等. GIS温升的多物理场仿真与实验及热通量分布特性[J]. 高电压技术, 2019, 45(7):2322-2328.
[6]	徐宏宇, 朱金保, 南添, 等. 低压配电柜温度场计算与分析[J]. 电器与能效管理技术, 2019(24):6-11.
[7]	苏秀苹, 陆俭国, 刘帼巾, 等. 小型直流电磁继电器温度场仿真分析[J]. 电工技术学报, 2011, 26(8):185-189.
[8]	王增彬, 刘姝嫔, 周宏扬, 等. GIS盆式绝缘子温度多物理场仿真方法[J]. 高电压技术, 2019, 45(12):3820-3826.
[9]	任万滨, 崔黎, 翟国富. 密封电磁继电器内部稳态温度场分析方法的探讨[J]. 机电元件, 2006(3):3-7,11.
[10]	XUE H J, TAN D, LIU S S, et al. Research on the electromagnetic-heat-flow coupled modeling and analysis for in-wheel motor[J]. World Electric Vehicle Journal, 2020, 11(2):11020029.
[11]	纽春萍, 矫璐璐, 王小华, 等. 基于多场耦合的环保型GIS热特性分析[J]. 电工技术学报, 2020, 35(17):3765-3772.
[12]	荣命哲. 电接触理论[M]. 北京: 机械工业出版社, 2004.
[13]	罗海岩, 陆继东, 黄来, 等. 铝电解槽三维电热场的ANSYS分析[J]. 华中科技大学学报(自然科学版), 2002(7):4-6.
[14]	郑贤臣. 几种辐射模型在FLUENT中的应用[J]. 现代科技(现代物业下旬刊), 2009, 8(11):68-70.
[15]	李丹, 张代润, 满思达, 等. 电磁继电器发热特性的试验研究[J]. 电器与能效管理技术, 2018 (4):29-33.
[16]	王恩, 赵振刚, 曹敏, 等. 基于光纤Bragg光栅的油浸式变压器多点温度监测[J]. 高电压技术, 2017, 43(5):1543-1549.

位置	单向耦合损耗值	双向耦合损耗值
主回路	5.08	6.61
线圈	5.86	7.64
动静触头处接触电阻	4.28	5.65

基于电-热流场双向耦合的直流继电器温升特性仿真研究

Simulation Research on Temperature Rise Characteristics of DC Relay Based on Bidirectional Coupling of Electromagnetic-Heat Flow Field

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[1]	何伟, 姬华, 巩烨霖. 交流接触器载流能力提升研究与试验[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(1): 56-59.
[2]	郭庆. 大功率电气控制箱散热结构设计[J]. 电器与能效管理技术, 2023, 0(4): 61-66.
[3]	徐卫东, 何文志, 廖肇毅, 刘勤锋. 基于神经网络算法的开关柜温荷研究与应用[J]. 电器与能效管理技术, 2023, 0(3): 62-68.
[4]	葛顺锋, 李新叶, 杨云飞, 王毛毛. 接触器端子温升影响分析[J]. 电器与能效管理技术, 2022, 0(8): 44-46.
[5]	王广先, 赵瑞影. 环境优化SF₆替代气体在中高压电力设备中的应用浅析[J]. 电器与能效管理技术, 2022, 0(8): 76-80.
[6]	戴建卓, 贾勇勇, 张思聪, 赵恒, 宋思齐, 储昭杰. 开关设备快速温升试验方法研究[J]. 电器与能效管理技术, 2022, 0(3): 81-85.
[7]	王国庆, 熊俊, 焦夏男, 刘春, 张琰, 刘浔. 户外1 000 A低压熔断器温升特性研究[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(6): 36-40.
[8]	屈建宇, 徐宏宇. 万能式断路器温升特性仿真与实验研究[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(4): 40-45.
[9]	计新华, 郑彬, 张杰, 赵青青. 交流接触器电寿命失效问题分析及验证[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(4): 59-62.
[10]	于国飞, 袁仲林, 郑翔. 高压直流继电器触头间电动斥力分析[J]. 电器与能效管理技术, 2020, 0(9): 13-17.
[11]	韦惠慧, 刘向军. 高压直流继电器性能模糊综合评估方法[J]. 电器与能效管理技术, 2020, 0(9): 30-35.
[12]	周宝石, 刘向军. 高压直流继电器双线圈涡流斥力机构仿真优化设计[J]. 电器与能效管理技术, 2020, 0(9): 7-12.
[13]	杨文强, 张蓬鹤, 张保亮. 小型断路器温升预测与仿真分析[J]. 电器与能效管理技术, 2020, 0(6): 25-29.
[14]	郝双, 曹云东, 耿莉娜, 崔巨勇, 李静. 多芯体避雷器时变温度场仿真研究[J]. 电器与能效管理技术, 2020, 0(3): 23-27.
[15]	张莹莹, 沈海鹰. 美国舰用塑壳断路器的鉴定试验研究[J]. 电器与能效管理技术, 2020, 0(3): 92-96.