基于ANSYS的磁保持电磁继电器温度场分析.pdf

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1、第3期2016年6月机电元件ELECTROMECHANICALC0肿oNENTSVol-36No．3Jun．2016基于ANSYS的磁保持电磁继电器温度场分析朱艺青(厦门宏发电声股份有限公司，福建厦门，361021)摘要：本文通过ANSYSworkbench软件对继电器的温度场进行仿真分析，研究了继电器各种工作状态下的发热，确保继电器的温升满足设计要求；通过产品温升测试结果验证了仿真结果。关键词：磁保持电磁继电器；温度场；ANSYSDoi：10．3969／j．issn．1000—6133．2016．03．叭l中图分类号：TN784文献标识码：A文章编号

2、：1000—6133(2016)03一0003一06ThermalSimulationofLatchingRelayBasedonANSYSZHUYi——qing(XiamenHongfaElectroacousticCo．，Lld．Xiamen361021，China)Abstract：StudytheheatgeneratedindifferentworkingstatusthroughthesimulationanalysisbythesoftwareANSYSworkbenchtoensurethatthetemperaturerisedoes

3、notexceedthelimits．Moreover，thecomparisonisalsomadebetweenthemeasuredtemperatureriseanditssimulationanalysisresults．Keywords：latchingrelay；temperaturefield；ANSYS1引言2温升计算方法介绍继电器工作时，必须给输入端通电(线圈通电)，输出端才能接通负载(簧片和触点载流)。由于电流流经载体会产生能量损耗，继电器的接触系统和磁路系统均会发热。继电器如果长期工作在超过限制的高温下，继电器所使用的材料会发生

4、老化、绝缘性能下降等，可能导致继电器发生失效等不良现象。为了保证继电器能够可靠的工作，必须研究继电器发热的热能造成的温升情况，保证继电器的温升不会超过规定的上限。收稿日期：2016—04—16由于继电器各部分的发热和散热是一个非常复杂的过程，有很多的影响因素，并且继电器内部结构较为复杂，很难通过数值计算法来进行准确的计算，只能根据一些经验数据进行近似计算。继电器内部的发热源主要有线圈电流流过漆包线的能量损耗和负载电流流过接触系统的能量损耗。线圈部分一般都是直流电压供电，因此线圈的发热可以直接采用焦耳定律来计算，如式1所示。机电元件2016矩P。，=等接

5、触系统的发热计算时，除了计算簧片和触点的体电阻外，触点间的接触电阻产生的热量更大。另外，负载电流一般为交流电，流经簧片和触点时会因集肤效应和邻近效应产生附加损耗，需要在焦耳损耗上乘与附加损耗系数。由于簧片的形状并不是规则的，所以需要采用一些经验数据来确定附加损耗系数。继电器产生的热能除了加热继电器外，还有一部分主要通过热传导、热对流和热辐射的途径散失到周围介质中。热传导是指继电器各个零部件之间的热传递过程。热对流是继电器内部存在的气体，由于继电器内部的温度差，产生气体的自然对流和热传导现象。热辐射是通过电磁波传递能量，由于继电器的体积一般都比较小，热辐

6、射对继电器温升的影响很小，可以忽略不计。根据热平衡原理，继电器的发热等于继电器的吸热加上散热，因此可以计算出继电器的温升情况。随着技术发展，目前可以采用有限元分析软件对继电器进行热分析。ANSYS有限元分析软件功能强大，广泛应用在各个领域。由ANSYS开发的CAE仿真平台ANSYSWorkbench，具有完整的协同仿真环境，同时能和CAD软件更紧密地结合，方便用户进行操作。本文基于ANSYSworkbench的温度场仿真分析模块，对继电器进行了热分析。ANSYSwork—bench在进行温度场仿真分析时，可以直接导入UG三维制图软件绘制的模型，方便用户

7、操作。ANSYS在进行温度场仿真时，是基于能量守恒原理，进行热平衡方程的计算，从而得到各个节点的温度值。三维建模软件设计了具体的结构，分成磁路系统、接触系统、支承系统三个部分。磁路系统由线圈、铁芯、轭铁、导磁片、磁钢组成的磁路部分和衔铁组成，完成导磁功能；接触系统由带触点的动、静簧片构成；支承系统由底座构成；加上推动卡和外壳构成完整的继电器。具体结构如图1所示。图1继电器结构图负载电流流过接触的触点时，由触点接触电阻产生的热能是最主要的发热源。所以建模时必须考虑到触点的接触电阻，不能只是简单的画出继电器的实际模型。本文通过对触点的接触电阻进行归算，建立

8、了一个圆柱体等效模型来模拟触点间的接触电阻。根据经验估算出触点的接触电阻典型值，利用电阻的公式