热双金属元件在小型热断路器中的应用分析

热双金属元件在小型热断路器中的应用分析江苏电器(2005No,2)产品与应用热双金属元件在小型热断路器中的应用分析邵冬阳中国电子科技集团公司第四十研究所,安徽蚌埠233010)摘要:应用于小型热断路器的两种热双金属元件一直螺旋型和U型,通过其热变形产生的推力使热断路器的四连杆机构失去稳态,从而分断电路。介绍了结构形式、材料的选取。论述了热双金属热推力的计算,脱扣力的校核等。关键词:小型热断路器;热双金属元件;热推力;脱扣力中图分类号:TM561文献标识码:B文章编号: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,当温度变化时,这种复层材料的曲率将发生随着生产和科学技术的发展,对用电保护的要变化,利用这种特性,热双金属可被用来作为各种求越来越高断路器作为一种开关电器被广泛地采与温度有关的控制或测量元件两种相同尺寸但热用,它主要用于低压配电电路,电动机或其他用电膨胀系数不同的金属片,在相同的升高温度条件下,设备中,能接通、承载以及分断正常电路条件下的它们的伸长是不同的,而将两片金属牢固的复合在电流,也能在规定的非正常电路条件(例如短路)下一起后,在升温时就会发生弯曲。一片块状的热双接通、短时承载和分断故障电流金属片受热时会弯成拱壳状,因为热膨胀系数高的热断路器,其脱扣力来源于发热元件,一般用主动层在所有方向都比热膨胀系数低的被动层伸展于限流保护断路器的保护特性依赖于发热元件的得厉害。但窄的热双金属片受热是会以一定的半径特性,所谓保护特性是指过载电流与脱扣时间的函弯成弧形,这是因为横向的弯曲实际上被抑制了。要数关系曲线。介绍应用于小型热断路器的两种形式使横向的变化不大,热双金属的长度一般不能小于的热双金属元件,通过其热变形产生的推力使热断宽度的3倍,或者宽度不大于厚度的20倍路器的四连杆机构失去稳态,从而分断电路。两种热双金属的品种比较多,我国习惯分成高灵敏热双金属元件对应的热断路器的额定电流分别为3A型、通用型、高温型、低温型、电阻型、耐腐蚀型以和7.5A及特殊型热双金属元件的应用分析1.2热双金属元件材料与结构形式的选取1.1热双金属元件的特性平中热双金属片,加热热双金属是二种或多种金属组成的复层材料,方式中国煤化工金属弯曲性能,温一般制成片材或带材。由于各阻元层的热膨胀系数度范CNMH(x,适用于小型化、17江苏电器(2005No2)热双金属元件在小型热断路器中的应用分析标准化的保护电器。3A采用直螺旋式的结构,如图热断路器中,双金属片受热后经过一定的动作1,热双金属牌号5J1435A,螺旋半径r=1.9mm,片行程去推动操作机构,动作行程和推力的大小正比宽b=1.4m,片厚度h=0.25mm。采用直螺旋式的结于温升值,而温升又与通过热元件的电流大小和通构能节省空间。相同的温度变化能产生较大的位移。电时间有关。假定双金属片受热是均匀的,热平衡7.5A采用截面更大的热双金属片,由于空间位方程式为置和热推力的要求设计成不等臂的U型,结构如图KrArdt+mcd r=/Rdt2。采用两片叠加方式。热双金属牌号5J1455A,片宽b=4.5mm,片厚度h=0.4mm,固定端长度L1≈5m,KTAT=IR推动端长度L2≈9mm,r=1.8mm。式中m一双金属片重量,g;c—双金属片的比热容,J/g.℃;一表面散热系数,W/m2.K;A一表面散热面积,m2;R一双金属的等值电阻,Ω。t=0,r=0,由上式得出双金属片的温升表达式:(3)式中:ra=2R/KA,T=mc/KtAT。—热双金属片的稳定温升,℃;T一热时间常数由式(3)得通电时间的表达式为:t=TI(该产品的临界过载电流l0=1.15×Ix,则通以l的电流条件下,其稳定温升等于动作温升a,动作1双金属元件2引线脚3调整螺钉时间趋于无穷大。要计算热双金属的动作温升r可图1直螺旋式结构以用o时的稳定温升用公式(5)来计算。12R式中K值、即散热系数在材料选定后用实验测定的方法测出,以7.5A为例:Kr=43.7W/m2.k,D=1.15×7.5=8.5A,散热面积A按尺寸计算A=3.6×10m2,R=p1/s=0.0189代入(5)式得:rd=85℃。由机构决定的最大推动脱扣力为0.8N两种双金属材料的最大许用应力为200N/mm1)对3A的脱扣力校核:KErshF(6)式中:F一热推力,N;K—材料比弯曲,1/℃1云母2双金属元件3引线脚4调整螺钉图2U型结构中国煤化工1.3热双金属元件的计算CNMHG(下转第38页)江苏电器(2005No2)组合取丝机床的电气与液压控制系统研究4结束语文章主要对组合攻丝机床的电气、液压控制进行了详细的讨论及研究,通过设计完成了实际组合机床的制造,并在常州某拖拉机厂得到良好的应用。参考文献x1)丛凤廷,迟建山.组合机床设计(第二版).上海:上海科学技术出版社,19952〕周士昌.液压系统设计图集.北京:机械工业出版社,20041液压泵2减压阀3两位四通电磁阀4单向节流阀3〕陈慈萱.电气工程基础.北京:中国电力出版5电磁继电器6夹紧缸7执行缸8两位三通电磁阀社,20049三位四通电磁阀图4液压系统原理图(收稿日期:2005-01-12)(上接第18页)一螺旋半径,mm。6Fr(L2+r)代入相关数据,得F=1.5N大于最大脱扣力式中:F一热推力,N;6mx-最大许用应力,N/mm2式中:F一热推力,N;代入相关数椐,得6ax=109N/mm2<200N/m26mx-最大许用应力,N/m22结束语代入相关数椐,得6a=173N/mm2<200N/mm以上介绍的两种热双金属的结构形式具有结构2)对7.5A规格的脱扣力校核:紧凑、可靠性高的特点。热双金属计算的不稳定因F4[(L+l2)3+2L2+3r(xl2+4r+xr2)(8)素较多,尽管可以用相应的公式,针对各种形状和品种的热双金属元件进行设计计算,但必须进行试式中:F—热推力,N;验验证才能保证产品的性能。通过改变热双金属元A一材料比弯曲,1/℃;件还可以进一步系列化E—弹性模量,N/m;h—双金属片厚,mmb一双金属片宽,mm;参考文献r—螺旋半径,mm(1)周茂祥.低压电器设计手册.北京:机械工业L1-固定端长度,mm出版社,1992L2-推动端长度,mm2)方鸿发.低压电器.西安:西安交通大学,1991代入相关数据F=1.2N,双片热推力为24N大于最大脱扣力:社中国煤化工.北京机械工业出版CNMH女稿日期:2004-1105)