ANSYS热分析及开关电器理论：温度场与电磁场耦合

稳态 热分析 和瞬态热分析的区别在于是否与时间相关，稳态热分析与时间无关，材料属性只需要导热系数；瞬态热分析与时间相关，材料属性需要导热系数、比热容和密度，其中比热容与时间相关：

   用一个简单的案例进行稳态热分析，熟悉热分析软件操作流程。

   在WorkBwnch 中新建Steady-State Thermal（稳态热分析）

添加材料，在Thermal Materials中添加铝和不锈钢，在此处单击右键调出材料库进行选择。

进行几何结构建模

   添加约束条件，在模型的两个面上分别设置温度100℃和22℃

还可以进行热辐射，热对流绝热等设置。

生成默认网格

设置材料为铝合金

在结果中查看温度，求解

更改材料为不锈钢两次结果是一样的，在两端温度确定的情况下，温度的分布与 热导率 无关

   将温度2抑制，增 加热 对流系数。

与前两次结果不一样，其他3个22度的面加上热对流系数后就与热导率相关，热对流系数是散热，热导率是传热。

开关电器理论 学习

对开关电器来说，有五大理论作为它的技术支撑。这五大理论分别是：电器的发热理论、电器的电动力理论、电器的电接触理论、电器的电弧理论和电器的电磁 系统 理论。

   本周系统学习电器理论基础中的电器发热理论

   电器的发热来源于内部的能量损耗，降低工作温度主要途径是减小损耗。

   电器发热主要热源分为：

   1 电阻 损耗

   电阻可以是导体，也可以是连接处的接触电阻。当导体中通过交变电流时，因趋肤和邻近效应产生电阻的附加损耗。

2磁滞涡流损耗

   电器中的载流体有时要从铁磁零件附近通过。由于铁的磁导率高，磁通将通过铁磁零件而成闭路。如果导体通过的电流为交流，则交变磁通在铁磁体内产生涡流和磁滞损耗。一般涡流损耗占铁耗总量约80%以上，磁滞损耗相对较小。目前，减小铁磁损耗常采用的措施有:①采用导磁性能好的铁磁材料;②采用永磁材料;③采用非磁性材料:④采用非磁性间隙;⑤采用短路圈等。

3 介质损耗

   绝缘材料中的介质损耗与电场强度及频率有关。电场强度越大、频率越高，则介质损耗也越大。因此，低压电器中介质损耗常常很小，可忽略不计。但在高压电器中这种损耗一般应该考虑。

4 摩擦碰撞损耗

   电器中采用许多刚性连接部件，连接部件在工作过程中会产生机械摩擦和碰撞，由此产生的损耗形成电器工作中的热源。机械碰撞越大，电器的机械寿命越短。目前，采用现代化的设计手段可以实现产品的优化设计和特性分析，将有效地减少电器部件的碰撞能量，提高寿命。

5 电弧发热

   对大量采用的有触点开关电器来讲，当执行接通和分断任务时，大多会产生电弧燃烧现象，尤其对大容量电器、感性负载。电弧为高温电离气体，其产生大量的热量。当电弧稳定燃烧时，其中性面的温度可达7000 ~ 20000K。对这部分的热源采用估算或热路计算的方式,较难得到准确的计算值，大多是采用温度场、流体场和电磁场的综合分析方法来 仿真 计算。

   电器散热：

   在电器工作中，有发热必然就伴随着散热的过程。发热和散热过程极其复杂，不容易得到准确的计算结果。电器在工作过程中的散热方式有以下三种:热传导、热对流和热辐射。

1)热传导（Conduction）: 任何物质的基本质点都具有一定的内能，质点与质点之间常常有能量的相互作用。热传导现象是质点之间的直接作用，能量从一个质点传递到另一个相邻的质点。在绝缘的液体和固体中，质点间的能量传递是通过弹性波进行的。气体中的热传导还伴随着原子的扩散，金属中则存在电子的扩散。

2)热对流( Convection):热对流仅在流体(液体和气体)中存在，对流的实质是粒子的彼此相对移动而产生热能转移。在流体对流过程中，常常伴随热传导现象。对流分自然对流和强迫对流。

   自然对流发生在不均匀加热的流体中，在高温区域，粒子密度比低温区域小，温度较高的粒子向上迁移，温度较低的粒子向下迁移。这种因粒子密度的不均匀性产生的自然上升和下降力，导致了流体中的自然对流和热交换。在中小容量的电器中，一般都采用自然对流散热。

   强迫对流是在外界因素强迫作用下形成的，即用气流或者液流进行强吹和强冷，常在某些大电流电器或高频电器中采用。

3)热辐射( Radiation):热辐射是一种依靠电磁波来传递能量的过程。热辐射应具备发射物体、辐射的传播空间以及处于辐射路径上吸收辐射热的物体，因而，它与热传导和热对流不同。热传导和热对流在传热途径中需要存在温度差的物质，而辐射传热可以在真空中进行。热辐射的传播方式非常依赖于物体辐射面上的温度水平。

   在实际中遇到的传热现象常常是以上三种基本方式共同作用的结果。

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