保险片,也称保险卡、保险钢片,是机械设计和电气系统中常见的一种安全机构和保险装置。保险片在电气系统中发挥着不可或缺的作用,作为一道关键的安全屏障,它能够在电路出现短路或过载等异常情况时迅速熔断,切断电路,从而有效防止电流过大对设备和系统造成的损害,保障用电安全。其易检测、更换简单的特点也大大简化了维修工作,提高了系统的可靠性和稳定性。
下面以LITTLE 125A 保险片为例,它在在通电流为 94A,时间为 30 分钟后保险片的发热情况。以此为前提,对其进行发热安全分析。
1、在CAE中建立模型
中间的部分为保险片,两端的圆柱体为固定螺栓的简化模型,在此分析中,螺栓起到了传导热量的作用。
保险片与螺栓装配体的简化模型
2、输入材料参数:
保险片的材料为 CU,中间半圆球形的是 SN,两端的圆柱体是 FE。需要输入的数据有:热导率、密度、电导率、焦耳热系数、比热容。
3、ASSEMBLY 模块:
将保险片和圆柱体螺栓模型装配起来,使它们的表面刚好接触。
4、STEP 模块:
选择瞬态分析,分析周期为 1800S,初始增量步为 1,最小增量步长为 1E-5,选择锡点的中心为 T1 点,最细 的部分为 T2 点,腿部为 T3,边缘一点为 T4,设置 T1、T2、T3、T4 点的温度为历史输出数据。
5、LOAD 模块:
负载设置一端为电流输入端,电流密度为 0.98A/mm2 ,电流的加载尽可能的模拟实际加载,因为加载面积与温升有着紧密的关系。
边界条件设置另一端点电压值为0。
6、INTERACTION 模块
对于此次分析,根据经验判定,保险的发热不超过 150°C,所以它的辐射作用可以忽略,同时 stefan-boltzmann也不用设置,设置腿的部分和熔丝部分的对流系数,但是在此次分析中,因为有壳体的作用,所以中间融丝部分的对流系数不设置。
将螺栓与保险片接触的部分用 TIE 约束加起来。
7、MESH 模块:
用分割命令分割模型,模型变为绿色或者黄色。
本分析用到了自由网格划分技术。此时模型的部分变为粉红色。
单元类型为热电耦合单元 。
8、分析结果:
保险片与螺栓的温升云图
由此图可以得出,保险片最大温升的部分为中间的锡点部分。
保险片锡点处的温升图
实验室测得的锡点 P1 的温度曲线如下图:
实验室保险片锡点处的温度
实验室测保险片的温度如下表:
用 ABAQUS作出的结果与实验室的温度曲线做对比。1800S时温度的差值为:(25+161-141.5)/141.5=0.314=31.4%
9、差异产生的来源:
实验室的密封性影响了空气的对流,导致对流系数的不稳定,一般对流强度会增大,所以实验室测的的数据小于 ABAQUS 的分析结果。
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