熱雙金屬元件在小型熱斷路器中的應用分析

熱雙金屬元件在小型熱斷路器中的應用分析江蘇電器(2005No,2)產(chǎn)品與應用熱雙金屬元件在小型熱斷路器中的應用分析邵冬陽(yáng)中國電子科技集團公司第四十研究所,安徽蚌埠233010)摘要:應用于小型熱斷路器的兩種熱雙金屬元件一直螺旋型和U型,通過(guò)其熱變形產(chǎn)生的推力使熱斷路器的四連桿機構失去穩態(tài),從而分斷電路。介紹了結構形式、材料的選取。論述了熱雙金屬熱推力的計算,脫扣力的校核等。關(guān)鍵詞:小型熱斷路器;熱雙金屬元件;熱推力;脫扣力中圖分類(lèi)號:TM561文獻標識碼:B文章編號:1007-3175-(2005)02-0017-0Analysis on the Application of Thermal Bimetal Elements in MiniatureThermal Circuit BreakersSHAO Dong-yan(The 40th Research Institute of China Electronic Science Technology Group Corporation, Bengbu 233010, china)Abstract: There are two kinds of thermal bimetal elements -straight spiral type and"U"type applied in miniature thermal circuitrakers. The push- out force produced by their thermal deformation makes four connecting rod of the thermal circuit breaker to losestable state. therefore breaks off the circuit, Introductions are made to the structure form and selections of materials. Comments arethe calculation of push-out forcof trip force etKey words: miniature thermal circuit breaker; thermal bimetal element; thermal push-out force; trip force0引言不同,當溫度變化時(shí),這種復層材料的曲率將發(fā)生隨著(zhù)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對用電保護的要變化,利用這種特性,熱雙金屬可被用來(lái)作為各種求越來(lái)越高斷路器作為一種開(kāi)關(guān)電器被廣泛地采與溫度有關(guān)的控制或測量元件兩種相同尺寸但熱用,它主要用于低壓配電電路,電動(dòng)機或其他用電膨脹系數不同的金屬片,在相同的升高溫度條件下,設備中,能接通、承載以及分斷正常電路條件下的它們的伸長(cháng)是不同的,而將兩片金屬牢固的復合在電流,也能在規定的非正常電路條件(例如短路)下一起后,在升溫時(shí)就會(huì )發(fā)生彎曲。一片塊狀的熱雙接通、短時(shí)承載和分斷故障電流金屬片受熱時(shí)會(huì )彎成拱殼狀,因為熱膨脹系數高的熱斷路器,其脫扣力來(lái)源于發(fā)熱元件,一般用主動(dòng)層在所有方向都比熱膨脹系數低的被動(dòng)層伸展于限流保護斷路器的保護特性依賴(lài)于發(fā)熱元件的得厲害。但窄的熱雙金屬片受熱是會(huì )以一定的半徑特性,所謂保護特性是指過(guò)載電流與脫扣時(shí)間的函彎成弧形,這是因為橫向的彎曲實(shí)際上被抑制了。要數關(guān)系曲線(xiàn)。介紹應用于小型熱斷路器的兩種形式使橫向的變化不大,熱雙金屬的長(cháng)度一般不能小于的熱雙金屬元件,通過(guò)其熱變形產(chǎn)生的推力使熱斷寬度的3倍,或者寬度不大于厚度的20倍路器的四連桿機構失去穩態(tài),從而分斷電路。兩種熱雙金屬的品種比較多,我國習慣分成高靈敏熱雙金屬元件對應的熱斷路器的額定電流分別為3A型、通用型、高溫型、低溫型、電阻型、耐腐蝕型以和7.5A及特殊型熱雙金屬元件的應用分析1.2熱雙金屬元件材料與結構形式的選取1.1熱雙金屬元件的特性平中熱雙金屬片,加熱熱雙金屬是二種或多種金屬組成的復層材料,方式中國煤化工金屬彎曲性能,溫一般制成片材或帶材。由于各阻元層的熱膨脹系數度范CNMH(x,適用于小型化、17江蘇電器(2005No2)熱雙金屬元件在小型熱斷路器中的應用分析標準化的保護電器。3A采用直螺旋式的結構,如圖熱斷路器中,雙金屬片受熱后經(jīng)過(guò)一定的動(dòng)作1,熱雙金屬牌號5J1435A,螺旋半徑r=1.9mm,片行程去推動(dòng)操作機構,動(dòng)作行程和推力的大小正比寬b=1.4m,片厚度h=0.25mm。采用直螺旋式的結于溫升值,而溫升又與通過(guò)熱元件的電流大小和通構能節省空間。相同的溫度變化能產(chǎn)生較大的位移。電時(shí)間有關(guān)。假定雙金屬片受熱是均勻的,熱平衡7.5A采用截面更大的熱雙金屬片,由于空間位方程式為置和熱推力的要求設計成不等臂的U型,結構如圖KrArdt+mcd r=/Rdt2。采用兩片疊加方式。熱雙金屬牌號5J1455A,片寬b=4.5mm,片厚度h=0.4mm,固定端長(cháng)度L1≈5m,KTAT=IR推動(dòng)端長(cháng)度L2≈9mm,r=1.8mm。式中m一雙金屬片重量,g;c—雙金屬片的比熱容,J/g.℃;一表面散熱系數,W/m2.K;A一表面散熱面積,m2;R一雙金屬的等值電阻,Ω。t=0,r=0,由上式得出雙金屬片的溫升表達式:(3)式中:ra=2R/KA,T=mc/KtAT?！獰犭p金屬片的穩定溫升,℃;T一熱時(shí)間常數由式(3)得通電時(shí)間的表達式為:t=TI(該產(chǎn)品的臨界過(guò)載電流l0=1.15×Ix,則通以l的電流條件下,其穩定溫升等于動(dòng)作溫升a,動(dòng)作1雙金屬元件2引線(xiàn)腳3調整螺釘時(shí)間趨于無(wú)窮大。要計算熱雙金屬的動(dòng)作溫升r可圖1直螺旋式結構以用o時(shí)的穩定溫升用公式(5)來(lái)計算。12R式中K值、即散熱系數在材料選定后用實(shí)驗測定的方法測出,以7.5A為例:Kr=43.7W/m2.k,D=1.15×7.5=8.5A,散熱面積A按尺寸計算A=3.6×10m2,R=p1/s=0.0189代入(5)式得:rd=85℃。由機構決定的最大推動(dòng)脫扣力為0.8N兩種雙金屬材料的最大許用應力為200N/mm1)對3A的脫扣力校核:KErshF(6)式中:F一熱推力,N;K—材料比彎曲,1/℃1云母2雙金屬元件3引線(xiàn)腳4調整螺釘圖2U型結構中國煤化工1.3熱雙金屬元件的計算CNMHG(下轉第38頁(yè))江蘇電器(2005No2)組合取絲機床的電氣與液壓控制系統研究4結束語(yǔ)文章主要對組合攻絲機床的電氣、液壓控制進(jìn)行了詳細的討論及研究,通過(guò)設計完成了實(shí)際組合機床的制造,并在常州某拖拉機廠(chǎng)得到良好的應用。參考文獻x1)叢鳳廷,遲建山.組合機床設計(第二版).上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,19952〕周士昌.液壓系統設計圖集.北京:機械工業(yè)出版社,20041液壓泵2減壓閥3兩位四通電磁閥4單向節流閥3〕陳慈萱.電氣工程基礎.北京:中國電力出版5電磁繼電器6夾緊缸7執行缸8兩位三通電磁閥社,20049三位四通電磁閥圖4液壓系統原理圖(收稿日期:2005-01-12)(上接第18頁(yè))一螺旋半徑,mm。6Fr(L2+r)代入相關(guān)數據,得F=1.5N大于最大脫扣力式中:F一熱推力,N;6mx-最大許用應力,N/mm2式中:F一熱推力,N;代入相關(guān)數椐,得6ax=109N/mm2<200N/m26mx-最大許用應力,N/m22結束語(yǔ)代入相關(guān)數椐,得6a=173N/mm2<200N/mm以上介紹的兩種熱雙金屬的結構形式具有結構2)對7.5A規格的脫扣力校核:緊湊、可靠性高的特點(diǎn)。熱雙金屬計算的不穩定因F4[(L+l2)3+2L2+3r(xl2+4r+xr2)(8)素較多,盡管可以用相應的公式,針對各種形狀和品種的熱雙金屬元件進(jìn)行設計計算,但必須進(jìn)行試式中:F—熱推力,N;驗驗證才能保證產(chǎn)品的性能。通過(guò)改變熱雙金屬元A一材料比彎曲,1/℃;件還可以進(jìn)一步系列化E—彈性模量,N/m;h—雙金屬片厚,mmb一雙金屬片寬,mm;參考文獻r—螺旋半徑,mm(1)周茂祥.低壓電器設計手冊.北京:機械工業(yè)L1-固定端長(cháng)度,mm出版社,1992L2-推動(dòng)端長(cháng)度,mm2)方鴻發(fā).低壓電器.西安:西安交通大學(xué),1991代入相關(guān)數據F=1.2N,雙片熱推力為24N大于最大脫扣力:社中國煤化工.北京機械工業(yè)出版CNMH女稿日期:2004-1105)