[发明专利]一种基于新型过载保护继电器加热组件的温度场仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于电机的热过载保护领域，具体地，涉及一种基于新型过载保护继电器加热组件的温度场仿真方法

背景技术

电动机在运行过程中，如果出现过载，将导致其转速下降，电动机绕组中的电流会随之增加，从而进一步导致电动机的温度上升，不仅会导致电动机发生故障，而且容易造成电动机的绝缘老化，降低使用寿命。热过载保护继电器是一种适用于电动机的低压过载保护继电器，其主要目的是将电动机和配电线路的温升限制在允许的范围内，保障其绝缘性能，增加其使用寿命。

传统的过载保护继电器有热过载保护继电器和电子式过载保护继电器两种，热过载保护继电器工作原理是将该种继电器与电动机串联，电路中电流流过具有不同膨胀系数的双金属片导致其发生机械工作，当动作达到一定程度就触动了脱扣装置，从而实现电动机的过载保护。但金属片作为该种继电器的检测元件与执行元件，经过反复的弹性形变容易造成老化，致使对温度的变化不灵敏，影响保护的准确性。

电子式过载保护的工作原理是通过电流互感器采集电路中的电流，将采集信号经过前期处理，转换成计算机能够读取的信号后输送给计算机，在通过计算机的计算分析后，给执行机构输出执行信号，从而实现电动机的过载保护。基于电流幅值作为故障的判断依据的，此种方法只能对对称故障进行保护。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，通过仿真确定新型过载保护继电器加热组件的工作特性，进而提供一种新型的能够实现对电动机进行过载保护的继电器。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种基于新型过载保护继电器加热组件的温度场仿真方法，包括以下步骤：

S1：构建新型过载保护继电器加热组件的结构，所述加热组件包括外壳、接线端子和加热元件，所述金属材料的接线端子在外壳的两侧，所述加热元件在外壳内部分别与两侧的接线端子连接；所述加热元件的材料为镍铬合金；所述接线端子的材料为铜；所述外壳的材料为酚醛树脂。

S2：基于ANSYS有限元软件，采用实体建模的方式建立所述加热组件三位几何模型，然后对加热组件的三维几何模型进行材料物理参数确定、单元类型确定以及网格划分；镍铬合金的密度是8400Kg/m³、导热系数是60.3W/M²·℃、电阻率是8.5×10^-7；铜的密度是8930Kg/m³、导热系数是401W/M²·℃、电阻率是1.75×10^-7；酚醛树脂的导热系数是0.029W/M²·℃；空气的密度是1.205Kg/m³、导热系数0.0244-0.0336W/M²·℃；

S3：分别对接线端子、加热元件进行产热分析；热元件发热为：P＝I²R；热元件的生热率为：Q₁＝P/V；式中：I为流过热元件的电流，单位为A；R为热元件的阻值，单位为Ω；P为发热体发出的功率，单位为W；V为热元件的单位，单位为m3；

S4：分别对接线端子、加热元件进行散热分析；对流散热系数公式：a_con＝3.25(T₀-T_F)^0.25；T_o为发热体的温度；T_f为环境温度；

S5：确定温度场仿真计算的边界条件及其载荷的施加；施加载荷前应对模型进行如下假设：

S51：认为材料的属性为各向同性；

S52：仿真时环境温度固定不变；

S53：材料表面为对流散热，无强迫对流；

S6：计算正常工况下加热组件的稳态温度场。

优选地，所述步骤S2中，网格划分采用自由划分。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

通过对新型过载保护继电器加热组件进行仿真分析，可以得到加热组件的温升规律，即需要对电动机进行过载保护时，该热元件的允许温升为60.736℃，将真个值作为预设值输入至单片机，当该继电器在对电动机进行过载保护时的温升达到或超过60.736℃时，控制电路断开，实现对电动机的过载保护功能。

附图说明

图1为一种基于新型过载保护继电器加热组件的温度场仿真方法流程图。

图2为一种新型过载保护继电器加热组件的结构示意图。

具体实施方式