[發明專利]一種基于新型過載保護繼電器加熱組件的溫度場仿真方法

在審

• 申請號: 201711415230.4
• 申請日: 2017-12-23
• 公開（公告）號: CN107992706A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 胡維維
• 申請（專利權）人: 株洲市智匯知識產權運營服務有限責任公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 任重,馮振寧

技術領域

本發明屬于電機的熱過載保護領域，具體地，涉及一種基于新型過載保護繼電器加熱組件的溫度場仿真方法

背景技術

電動機在運行過程中，如果出現過載，將導致其轉速下降，電動機繞組中的電流會隨之增加，從而進一步導致電動機的溫度上升，不僅會導致電動機發生故障，而且容易造成電動機的絕緣老化，降低使用壽命。熱過載保護繼電器是一種適用于電動機的低壓過載保護繼電器，其主要目的是將電動機和配電線路的溫升限制在允許的范圍內，保障其絕緣性能，增加其使用壽命。

傳統的過載保護繼電器有熱過載保護繼電器和電子式過載保護繼電器兩種，熱過載保護繼電器工作原理是將該種繼電器與電動機串聯，電路中電流流過具有不同膨脹系數的雙金屬片導致其發生機械工作，當動作達到一定程度就觸動了脫扣裝置，從而實現電動機的過載保護。但金屬片作為該種繼電器的檢測元件與執行元件，經過反復的彈性形變容易造成老化，致使對溫度的變化不靈敏，影響保護的準確性。

電子式過載保護的工作原理是通過電流互感器采集電路中的電流，將采集信號經過前期處理，轉換成計算機能夠讀取的信號后輸送給計算機，在通過計算機的計算分析后，給執行機構輸出執行信號，從而實現電動機的過載保護。基于電流幅值作為故障的判斷依據的，此種方法只能對對稱故障進行保護。

發明內容

本發明解決的技術問題在于克服現有技術的缺陷，通過仿真確定新型過載保護繼電器加熱組件的工作特性，進而提供一種新型的能夠實現對電動機進行過載保護的繼電器。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種基于新型過載保護繼電器加熱組件的溫度場仿真方法，包括以下步驟：

S1：構建新型過載保護繼電器加熱組件的結構，所述加熱組件包括外殼、接線端子和加熱元件，所述金屬材料的接線端子在外殼的兩側，所述加熱元件在外殼內部分別與兩側的接線端子連接；所述加熱元件的材料為鎳鉻合金；所述接線端子的材料為銅；所述外殼的材料為酚醛樹脂。

S2：基于ANSYS有限元軟件，采用實體建模的方式建立所述加熱組件三位幾何模型，然后對加熱組件的三維幾何模型進行材料物理參數確定、單元類型確定以及網格劃分；鎳鉻合金的密度是8400Kg/m³、導熱系數是60.3W/M²·℃、電阻率是8.5×10^-7；銅的密度是8930Kg/m³、導熱系數是401W/M²·℃、電阻率是1.75×10^-7；酚醛樹脂的導熱系數是0.029W/M²·℃；空氣的密度是1.205Kg/m³、導熱系數0.0244-0.0336W/M²·℃；

S3：分別對接線端子、加熱元件進行產熱分析；熱元件發熱為：P＝I²R；熱元件的生熱率為：Q₁＝P/V；式中：I為流過熱元件的電流，單位為A；R為熱元件的阻值，單位為Ω；P為發熱體發出的功率，單位為W；V為熱元件的單位，單位為m3；

S4：分別對接線端子、加熱元件進行散熱分析；對流散熱系數公式：a_con＝3.25(T₀-T_F)^0.25；T_o為發熱體的溫度；T_f為環境溫度；

S5：確定溫度場仿真計算的邊界條件及其載荷的施加；施加載荷前應對模型進行如下假設：

S51：認為材料的屬性為各向同性；

S52：仿真時環境溫度固定不變；

S53：材料表面為對流散熱，無強迫對流；

S6：計算正常工況下加熱組件的穩態溫度場。

優選地，所述步驟S2中，網格劃分采用自由劃分。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

通過對新型過載保護繼電器加熱組件進行仿真分析，可以得到加熱組件的溫升規律，即需要對電動機進行過載保護時，該熱元件的允許溫升為60.736℃，將真個值作為預設值輸入至單片機，當該繼電器在對電動機進行過載保護時的溫升達到或超過60.736℃時，控制電路斷開，實現對電動機的過載保護功能。

附圖說明

圖1為一種基于新型過載保護繼電器加熱組件的溫度場仿真方法流程圖。

圖2為一種新型過載保護繼電器加熱組件的結構示意圖。

具體實施方式