2）壳体内部传热方式除传导外，由于塑壳断路器内部空间较大，需考虑对流。图5-11 塑壳断路器外壳内外侧热传递机理4）接线端和连接导线作为边界条件处理，采用5.5节中方法。研究的塑壳断路器有三个极，每个极之间用绝缘板隔开，仿真中仅一次取一个极进行计算，所以不同的极有不同的边界条件，对中间极假定没有热的传递至两侧的极，因而设中间相对两边相的传热也即取α=0。图5-12 100A塑壳断路器仿真和实测值对比......
2025-09-29
MCCB仿真分析：探究电路保护器的性能
【摘要】：由以上仿真结果和实验结果对比可以看出，用MHD仿真MCCB的模型中，动触头的运动过程对电弧电压以及电弧能量的准确性影响非常重要，同时，通过实验验证了在仿真中采用ANSYS Emag软件计算电磁场，用FLUENT计算流场的耦合方法的有效性和准确性，因此在低压断路器的仿真中，为了得到更为准确的计算结果，动触头的运动过程必须在仿真模型中予以考虑。
文献[29]基于三维MHD模型，对630A双断点MCCB真实断路器的电弧运动过程进行了仿真，仿真系统如图8-55所示，用ANSYS软件求解电磁场方程，用FLUENT软件计算流场，采用MpCCI软件进行参数传递，ANSYS软件计算得到的洛伦磁力和焦耳热传递给FLU- ENT软件做为动量和能量方程的源项，FLUENT软件将电导率传递给ANSYS软件，进行下一步电磁场计算，从而完成两个软件之间的双向数据传递，同时在软件中采用动网格技术来模拟动触头的运动过程。整个仿真过程较完整的考虑了铁磁栅片，动触头打开后运动过程以及电弧的整个演变过程。
图8-55 仿真系统
图8-56为仿真模型，图8-57为不同时刻的温度场分布，由图可以看出，随着动触头的运动，电弧逐渐进入栅片，电弧电压增大，2.7ms时，电弧被栅片完全切割，电压达到最大，图8-58为仿真电压、实验电压、动触头位置以及电弧电流随时间的变化，在仿真中考虑了动触头的运动过程，在时间0点，电流通过动静触头，由于动触头此时未打开，电弧电压为0，直到0.7ms时，动触头打开，动静触头之间出现电弧，电弧电压开始上升，之后随着动触头的不断运动，电弧电压一直上升，到2.6ms时，动触头运动到最大位置，电弧完全进入栅片，并被切割成许多段短弧，由于每一段短弧都有一个近极压降，因此此时电弧电压达到最大值；之后电弧由于栅片的冷却作用，在电流过零时，电弧熄灭，电弧电压为0。而且从图中可以看出，仿真电压和实验电压结果基本一致，吻合很好。图8-59中显示了仿真中不考虑动触头的运动过程，动触头始终处于打开位置时，仿真电压和实验电压对比曲线，从图可以看出，仿真得到的电弧电压和实验得到的电弧电压数值上相差较大，仿真结果准确度较差，因此在MCCB的仿真过程中，动触头的运动对电弧电压的影响较大。
图8-56 双断点MCCB模型示意图
图8-57 不同时刻温度的分布
图8-58 考虑动触头运动过程计算和实验电弧电压对比的曲线
图8-60表示的是仿真中和实验中电弧能量随时间的变化曲线，由图可以看出，在0.7ms之前，由于触头闭合，没有电弧，电弧电压为0，因此电弧能量也为0，在约0.7ms时触头动作，电弧电压开始不为0，随着动触头的运动，电弧拉长，电弧电压升高，电弧能量上升速率较快，在大约2.6ms以后，电弧电压达到最大值，随后电弧电压开始减小，因此电弧能量上升速率减缓。仿真中不考虑动触头运动过程时，电弧能量的变化趋势和实验一致，但是同一时刻电弧能量数值相差较大，而在仿真中考虑动触头运动过程时，电弧能量数值和实验数值非常接近；为了进一步对比分析仿真计算中动触头运动过程对电弧能量以及能量峰值的影响，图8-61给出了考虑动触头运动过程和动触头处于完全打开，不考虑其运动过程以及实验所得到的电弧能量和能量峰值的直方图，由图8-61可以看出，在计算时，考虑动触头的运动过程时，能量峰值比实验数值超出4%，电弧能量超出13%；而触头静止模型能量峰值则高出实验值36%，电弧能量超出85%。(https://www.chuimin.cn)
图8-59 动触头处于打开位置时的仿真电弧电压和实验电压随时间变化曲线
图8-60 电弧能量随时间变化的曲线
图8-61 能量对比图
图8-62给出了仿真中动触头连续位置曲线以及代表动触头网格的位置和电弧电压随时间的变化曲线，在仿真中，由于采用动网格技术，代表动触头的网格在每个时间步运动一次，并不是连续运动，因此网格的位置曲线是台阶状的，电弧电压也是记录了每个时间步的电压，所以呈台阶状，在实验中，动触头运动是按照某一速度连续运动的，因此位置曲线是连续的。由图可以看出，随着动触头运动角度的增大，电弧被拉长，因此电弧电压也随之增大。
由以上仿真结果和实验结果对比可以看出，用MHD仿真MCCB的模型中，动触头的运动过程对电弧电压以及电弧能量的准确性影响非常重要，同时，通过实验验证了在仿真中采用ANSYS Emag软件计算电磁场，用FLUENT计算流场的耦合方法的有效性和准确性，因此在低压断路器的仿真中，为了得到更为准确的计算结果，动触头的运动过程必须在仿真模型中予以考虑。
图8-62 动触头位置和电弧电压随时间变化的曲线
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