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真空断路器电磁-温度多物理场耦合仿真

案例概括


真空断路器依靠其灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空而得名;其具有体积小、重量轻、频繁操作、灭弧不用检修的优点,在配电网中应用较为普及,特别适用于要求无油化、少检修及频繁操作的使用场所,是电气与电网设备中的常用设备。其工作原理为:当动、静触头在操作机构的作用下分闸时,触头间产生电弧,触头表面在高温下挥发出蒸汽,由于触头设计为特殊形状,在电流通过时产生一磁场,电弧在此磁场作用下沿触头表面切线方向快速运动,在金属圆筒(屏蔽罩)上凝结了部分金属蒸汽,电弧在自然过零时就熄灭了,触头间的介质强度又迅速恢复起来。为计算真空断路器在合闸情况下,当流过大电流时,断路器各个部件的发热情况,以及在工况稳定下来时的具体温度分布情况,本文以一台真空断路器的三维模型为例,采用电磁和流体温度耦合计算方法,具体分析其上述情况的温度分布。

项目挑战


1.该物理模型复杂,需要进行一定程度的简化;
2.模型为三维模型,曲面较多,网格剖分需要一定的处理;
3.电磁计算模型和温度计算模型需要双向耦合,保证数据双向传递。

解决方案


1.对模型中对计算结果影响不大的部分进行简化;
2.借用feedback进行电磁和温度计算的双向数据传递的驱动和控制;

用户价值


1.采用多物理场耦合计算方法能够有效实现真空断路器电磁-温度场的模拟与分析;
2.通过计算的结果,充分掌握整个断路器的三维温度分布,评估此类设计的优劣,方便以后设计的改进和优化。