【導讀】控制與保護開關作為傳統(tǒng)電器組合的代替品有著非常優(yōu)越的性能。制與保護電機的目的。上實現(xiàn)，從而使電器整體體積減小，同時可靠性得到提高。接觸器、斷路器以及保護繼電器等元件為一體的模塊組合式開關電器。之間自行協(xié)調配合等優(yōu)勢。對此加以推廣應用，能夠使控制系統(tǒng)得到很大程度的?？刂频膱龊弦约俺閷鲜介_關柜等。它采用新的原理和先進的電子技術以及信息技。數(shù)器及電流顯示等多種功能。

　　

【正文】 用下列公式計算： 對于單斷點觸頭 ???????? ??WDjwdjd U??? 1751 ② 對于雙斷點觸頭 ???????? ??WDjwdjd U??? 3501 ③ 上式中 Uj——一個觸點上的接觸壓降， jj IRU ? 觸頭接觸點的穩(wěn)定溫升jm? 可用下列公式計算 。 對于單斷點觸頭 ???????? 8)1751(822 jwdjwdjdjdjm UUU ?????（ ℃ ） ④ 對于雙斷點觸頭 ???????? 8)3501(822 jwdjwdjdjdjm UUU ?????（℃） ⑤ 690V1250A 控制與保護開關的設計與研究 觸頭材料的形狀和尺寸選定原則 該 CPS 的控制電流較大，觸頭接觸形式采用面接觸。經過大量實驗發(fā)現(xiàn)兩面接觸時，接觸點分布 在一個圓形區(qū)域，因此為節(jié)省材料，把觸頭形狀做成長方體。一般出頭表面被加熱到熔點的電流兩確定最大通斷電流。電壓電流越大出頭尺寸必須增大。通斷頻繁程度高、分斷速度低及觸頭間隙小時，也需增大觸頭，一般觸頭安全通斷的電流，與通斷頻繁程度和外加電壓成績成正比。同樣尺寸觸頭，交流回路中能分斷的電流是直流回路的 倍。 導電板尺寸的確定 觸頭導電板用銅板，由表 2 可知導電板極限溫升為 60℃ ，將其帶入式 ① ，可 求 出 導 電 板 截 面 周 長 P 與 截 面 積 S 乘積約為 1200mm3 ，即? ? 1 2 0 02 ??? ahha ，觸橋電流密度范圍為 ，這里設定觸橋厚為 10mm，寬度 a 為 50mm；導電板電流密度范圍是 ，這里設定導電板厚度為 12mm，寬度為 50mm。 觸頭材料及尺寸的確定 根據(jù)觸頭導電導熱行，抗溶性，以及觸頭磨損等要求，初步確定觸頭材料選用銅鎘合金（ ）或銀氧化鉻（ AgCdO12）。 AgCdO12 其抗熔性僅次于銀石墨，其抗熔性隨 CdO 的含量增加兒增加；具有高的電阻率，并且觸頭表面的氧化鎘很容易擊穿，其電導率隨 CdO 的含量增加而減小 。其觸頭的接觸電阻低而穩(wěn)定。本課題中使用燒結法，因為燒結法制成的材料成分內外均勻，抗電弧燒損性好，并且能夠制造厚片。但是觸頭必須高度致密，方能具有良好的耐電耐磨性。 中鎘課提高強度、硬度和減小磨損，其軟化溫度高于同，其耐磨性比銅觸 頭好兩倍。其電導率比銅低的不多。 按觸頭磨損量公式 2910 NIKM qq ?? 可大概算得，當電壽命為 15 萬次，該 CPS 采用690V1250A 控制與保護開關的設計與研究 AgCdO12 觸頭時磨損量約為 ，每個斷點觸頭的總重量約為 ，每個觸頭體積約 為，并且，銀氧化鎘觸頭單位電流視在面積在 ，據(jù)此觸頭形狀可設計為動觸頭 ** 的長方體，靜觸頭為 **。 表 37 材料 密度（ g/ 3cm ） 熔點（ ℃ ） 沸點（ ℃ ） 硬 (/HB) 熱 導 率[W/m*K] 電導率106s/m 電 阻 率（ μΩ*cm） AgCdO12 10 100 50 10401080 —— —— 320 45 系統(tǒng)的設計程序 觸頭是一切有觸點電器的執(zhí)行部件，一般電器就是通過觸頭的動作來接通或斷開電路的 。 因此，觸頭工作的好壞會直接影響到整個電器工作性能的優(yōu)劣觸頭的工作情況有三種：閉合狀態(tài)；分斷過程；接通過程。 觸頭系統(tǒng)的設計程序如下： ① 確定觸頭參數(shù)； ② 確定觸頭尺寸； ③ 校驗熱穩(wěn)定性； ④ 校驗觸頭溫升； ⑤ 校驗電動穩(wěn)定性。 表 38 中、大容量接觸器的觸頭參數(shù) 參數(shù)名稱 數(shù)值 單位額定工作電路的初壓力 P1/Ie （ N/A） 單位額定工作電路的終壓力 P2/Ie （ N/A） 單位約定工作電路的終壓力 P2/Ih （ N/A） 觸橋電流密度 j1（ A/ 2mm mm2） 接觸板電流密度 j1（ A/ 2mm mm2） 主觸頭開距 （ mm） 主觸頭超程 （ mm） （ ） 411 本章主要對控制與保護開關 的電動力及觸頭的振動、熔焊和冷焊、磨損和溫升，并對觸頭的磨損和溫升進行了計算，最后對觸頭的材料和尺寸進行確定，690V1250A 控制與保護開關的設計與研究 并且精心餓了觸頭系統(tǒng)的整體設計程序。 第 四 章 控制與保護開關的仿真原理與數(shù)學模型 觸頭間電動力計算模型如下 圖 41. 觸頭間電動力計算模型 觸頭間霍姆力的表達式為 702 10 ??? ddIIF nH（ N） HBFd j?20 ? 以上參數(shù)單位均為國際單位制單位，布氏硬度 HB 的單位是 N/ 2m 除了觸頭間電流線收縮產生的電動斥力外，觸頭系統(tǒng)電動斥力還包括回路電動斥力即洛倫茲力?；芈冯妱映饬χ饕怯闪魍ㄔ谟|頭及導體臂之間的電流相互作用引起的。其大小也與電流的平方成正比，與觸頭的結構及形狀有密切關系。由于觸頭結構的復雜性及不規(guī)則性，已經不能簡單的把它近似成平行導體間的作用力。設導體中傳導電流密 度為 J，磁感應強度矢量為 B，載流導體的體積為 V，則作用在導體上的總的力為 : 690V1250A 控制與保護開關的設計與研究 ? ?? VL BdVJF ① 由于低壓限流式斷路器中渦流對電動斥力的數(shù)值和相位影響很小，這樣可以采用恒定場的方程計算電流密度和磁通密度分布。在模型導電區(qū)域電流密度 J滿足以下方程 TJ ??? ② 01 ????????? ???? T? ③ 其邊界條件為 : ? ?? IdlT ④ 式中口為導體的電導率， T為矢量電位， I為流過導體的電流。 在得到電流密度 J 的分布后，在整個磁場區(qū)域根據(jù) B 和 J 的關系式 ⑤ 即可得到 B的分布。 ? ABJA???????????? ???? ?1 ⑤ 基于以上電流一磁場一電動斥力之間的關系，在 ansys 軟件中通過對導電部分電流密度 J 的仿真，再經過磁場分析得到磁通密度 B 的分布，從而計算出回路電動斥力，故電動斥力的計算時一個耦合場計算的問題。 綜上所述，觸頭系統(tǒng)受到的電動力實際上為觸頭間電動斥力與回路電動斥力在垂直于接觸面方向上的分力?；?ANSYS 電磁場分析軟件來求解回路電動斥力 與觸頭間電動斥力。 用圓柱體導電斑的模型來描述接觸點導電斑 觸頭導電斑點的直徑 mmHBFd j ?? ? ⑥ 上式中 Fj—— 觸頭終壓力（ N）； 690V1250A 控制與保護開關的設計與研究 HB—— 觸頭材料布氏硬度（ N/mm2）； 觸頭接觸電阻 ? ? ??? ? mj FKR ⑦ 又因 ??? 204dLSLR ?? ⑧ 由 ③ 式可得圓柱導電斑長度 mmRdL 220 ?? ???? ?? ⑨ ansys 計算流程圖 圖 42 ansys 計算流程圖 Ansys 具體流程圖步驟如下所示： (l)首先 在 ANSYS 中 要 建立 控制和保護開關的 導體臂、觸頭以及周圍空氣的三維實體模型 。 (2)然后來 定義 構件的材料性能電阻率、相對磁導率 和 單元類型 。 (3)給 指定的 區(qū)域分配 相應的 材料和單元， 其中開關的 導體竹與觸頭的單元類型為 SOLID97。 690V1250A 控制與保護開關的設計與研究 (4)然后設置網(wǎng)格密度并且 劃分網(wǎng)格。 (5)在進行 ansys 模擬 電流傳導分析時需要將單元類型 SOUD97 轉變?yōu)閱卧愋?SOUD69。 (6)對電流傳導分析加邊界條件。禍合導體一端面的 VOTL 自由度，并在 一 個關鍵點上施加勵磁電流 :導體的另一端面加 VOTL 約束，設置 VOTL=0。 (7)然后 進行電流傳導分析 實驗。 (8)在進行磁場分析時導體臂與觸頭的單元類型須重新設置為 SOUO97 (9)從電流傳導分析 結果中讀取電流密度 。 (10)約束 矢量 最 MVP 模擬通量線垂直或平行 。 (l1)在空氣模刑的外表面加無限表面 (NIF)標志 。 (12)然后求解 （ 13） 最后 在后處理中 就可以 得到電動斥力。 模型尺寸（ mm ）： 靜 觸 頭 導 電 板 （ U 型 ）， 材 料 用 銅50*12*200+50*13*57+50*13*80； 觸橋，銅板 50*10*240； 觸頭，材料 AgCdO；動觸頭尺寸： 30*45*5； 靜觸頭尺寸： 30*45*4； 導電斑點模型：圓柱體，半徑，高 。 表 41 Cu 和 AgCdO 的特性參數(shù) 材料 密度（ g/cm3） 硬度 /HB 電阻率（ μΩ *cm） 磁導率 Cu 1 AgCdO 100 1 本章控制與保護開關的仿真原理和數(shù)學模型， 然后分析了觸頭間電電斥力，回路電動斥力的數(shù)學模型和仿真原理，最后對觸頭接觸電阻模型進行仿真模擬，得出 ansys 分析圖。 690V1250A 控制與保護開關的設計與研究 第五章 結論 本文課題主要是研制了 690V/1250A控制與保護開關電器是集斷路器．接觸器和保護繼電器等元件的主要功能為一體的一種模塊組合式開關電器 與傳統(tǒng)的用分離元件配套以達到特定的控制與保護目的的成套裝 置相比，控制與保護開關電器 (簡稱 CPS)具有體積小、功能全、可靠性高， 各種特性在內部自行良好地協(xié)調配合等優(yōu)點。這種新型電器的推廣應用不僅可以大大簡化控制系統(tǒng)， 同時又能大大縮小成套設備的體積，特別適用于要求高分斷能力的集中配電與控制的場合以及抽屜式開關柜等它采用新的原理和先進的電子技術以及信息技術，突破傳統(tǒng)的電控系統(tǒng)分立元件串聯(lián)組合的配置方式和模塊式集成組合的配置方式，在單一電磁結構的電器上集成了斷路器、接觸器、熱繼電器、起動器、汁數(shù)器及電流顯示等多種功能。 控制與保護開關作為傳統(tǒng)電器組合的代替品有著非常 優(yōu)越的性能。傳統(tǒng)電機控制中，對一臺電機往往需要接觸器、斷路器、熱繼電器等電器組合從而達到控制與保護電機的目的?？刂婆c保護開關將電機控制保護中常用的功能在一個電器上實現(xiàn)，從而使電器整體體積減小，同時可靠性得到提高。 690V1250A 控制與保護開關的設計與研究 參考文獻 [1] 陳浩，席光，劉勝等．一種精確調光的 LED電源設計 [J].電源技術， 2020，35(2)： 218— 220電子商情 (基礎電子 )， 201l(4)： 55— 88. 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