Диссертация Методика численного расчета нестационарных тепловых полей высоковольтных коммутационных модулей
жүктеу/скачать 0,52 Mb.
|
Магистерская. Физика
| Рис. 3.13. Зависимости контактного сопротивления от силы контактного нажатия для двух типов контактных систем.
Электроды вакуумной дугогасительной камеры сконструированы таким образом, чтобы контактирование происходило по шести пятнам. В действительности количество контактных пятен может изменяться от трех до шести. Опишем причины возникновения такого изменения конфигурации контактных пятен. Изначально контактирующая поверхность гладкая, но в процессе эксплуатации, в результате прохождения токов короткого замыкания и последующего разрыва приводом электродов после возникновения сварки, могут возникнуть изменения поверхности. Также, при разрыве электродов, не исключается и деформация зубцов чашки. Все это может привести к уменьшению количества контактных пятен. Также на контактирование может повлиять и перекос электродов. В идеальной ситуации, когда поджатие электродов происходит без перекосов, контактирование происходит по шести пятнам. В том случае, если возникает перекос, то количество пятен может быть и меньше, но сопротивление стягивания, в основном, как следует из имеющихся экспериментальных данных, будет изменяться незначительно. Каким образом тот факт, что возможно различное количество контактных пятен, может повлиять на динамику нагрева электродов вакуумной дугогасительной камеры, и вообще, нужно ли рассматривать токопрохождение через ограниченное число пятен? Для того чтобы ответить на этот вопрос рассмотрим несколько задач, в которых ток пропускался через электроды вакуумной дугогасительной камеры с различными конфигурациями контактных пятен. Рассчитаем импульсный нагрев одного электрода током 20 кА (действующее значение), протекающим в течение 4-х секунд. Будем интересоваться следующими величинами: · значение максимальной температуры поверхности контактов: оно не должно превышать температуру плавления наименее тугоплавкой компоненты накладки - меди; · значение температуры в плоскости соприкосновения накладки и розетки: эта температура не должна превышать температуру плавления материала припоя, которая составляет около 1100К; · значение максимальной температуры зубцов: она не должна превышать температуру размягчения бронзы. Т.к. при этом происходит нагрев до значительных температур, порядка 1000К, то при расчете необходимо учитывать зависимость плотности, теплоемкости, теплопроводности и удельного сопротивления от температуры. В силу того, что рассматривается нагрев в течение четырех секунд, а за это время механизмы теплопереноса, такие как конвекция и излучение, работать еще не начнут, то на всех поверхностях зададим условие адиабатичности. Получить информацию о размере, форме и расположению контактных пятен на поверхности накладки можно из решения механической контактной задачи в приближении холодных контактов. Предполагается, что электроды вакуумной дугогасительной камеры расположены соосно друг другу. Из решения такой задачи становится понятно, что контактных пятен шесть, и расположены они по одному пятну между вырезами на накладке. Приближение холодных контактов можно использовать также и при рассмотрении нагрева электродов. Такое возможно благодаря тому, что для материала, из которого выполнена накладка, нет эффекта размягчения. Это существенно упрощает расчет, так как в этом случае не нужно учитывать эффект увеличения площади контактного пятна при повышении температуры материала, т.е. предполагается что его форма и размеры остаются неизменными. Поэтому достаточно знать только лишь начальную геометрию и расположение пятен. Данный способ позволяет провести моделирование нагрева электродов без использования экспериментальных данных. В том случае, если известны значения переходного сопротивления из эксперимента, то можно определить размер контактного пятна. Из произведенных ранее расчетов известно, что форма и местоположение пятна незначительно влияет на сопротивление стягивания, и, следовательно, на нагрев. Поэтому достаточно подобрать радиус контактных пятен таким, чтобы полное сопротивление модели совпало с экспериментальным значением. Подберем радиус пятен таким образом, чтобы суммарное значение контактного и собственного сопротивления электродов при различном количестве контактных пятен примерно равнялось экспериментальному значению сопротивления - 15 мкОм. Для 6 пятен это условие выполняется при радиусе контактных пятен 0.5 мм, а в случае 4-х пятен при радиусе 1 мм полное сопротивление для одного электрода составляет 7.76 мкОм. Собственное сопротивление электрода равно 6.29 мкОм. Из этого следует, что сопротивление стягивания равно 1.45 мкОм. На рис. 3.14 приведены контурные графики распределения температуры для этих двух случаев. Как видно, значения максимальной температуры и сами распределения различны. В случае 4-х пятен максимальные значения температуры локализованы на поверхности накладки и на зубцах чашки, расположенных под токопроводящими пятнами. Значение максимальной температуры составляет 848К. В том случае, если пятен 6, максимум температуры локализован на самих пятнах, и составляет 934К. Для задачи с 4 пятнами максимальное значение температуры меньше на 86К по сравнению с токопрохождением через 6 пятен, что составляет примерно 10% от максимального значения. жүктеу/скачать 0,52 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|