《双金属片电弧触发器优化设计研究10000字（论文）》

双金属片电弧触发器优化设计研究TOC\o"1-3"\h\u19266摘要 131183前言 310005第一章双金属片概述 4263081.1.双金属片工作原理 4208331.2.双金属片主要参数 5215031.3.双金属片类型和主要应用 816551.4.材料选择 9314971.4.1.双金属片选材 921951.4.2.环氧栅片选材 10124491.5.双金属片的设计与应力场分析 1020263第二章电弧触发器的概述 13218742.1.电弧触发器的工作原理 13274332.2.双金属电弧触发器的结构 1414572.3.双金属片电弧触发器的优缺点 15252852.4.电弧触发器的发展史 16180382.4.1.国外发展状况 16265682.4.2.国内发展状况 1797932.5.电弧触发器的优化设计 1715757第三章温度场概述 1854073.1.引言 18249553.2.仿真建模 18166043.2.1.基本方程 18236283.2.2.仿真建模具体步骤 192168第四章双金属片电弧触发器的优化设计 20181584.1.温度场概述 20182554.2.双金属片固定端优化设计方案 2417617第五章结论 2831372参考文献 29摘要限流式高压熔断器，虽然很早前就成功问世，但由于其在保护电路中起到的巨大作用，使其至今任未被淘汰，而且尚在向前发展，电弧触发器作为熔断器中的核心部位，起到引弧触发的作用。本文的目的是测试和优化双金属片在电弧触发器中的应用。在现代社会中，热双金属元件被广泛地应用在不同领域。在电气领域，由于触发器是按照大的短路电流时的工作情况进行设计的，在较小的故障电流流通的情况下无法进行触发开断器动作，因此双金属片在触发器设计方面有较大的应用价值。本文首先介绍了双金属片的工作原理，特性，选材，制造，并给出了双金属片的应力场分析和设计。其次，就电弧触发器展开了详细的介绍，具体交代了电弧触发器的工作原理，并采用COMSOL软件构建了双金属片电弧触发器模型。为了更好探究双金属片电弧触发器的工作原理，本文具体对双金属片电弧触发器基于COMSOL软件做了温度场的实验，并截取了实验结果。实验结果表明，在一定时间内，银片狭颈出温升远达不到银的熔点，故并不能使银片熔断开，所以要使银片狭径断开，就只能靠环氧栅片来将银片狭径顶断。本文将通过对双金属片通流时的温度场的变化以及对双金属片本身热应力的研究，为设计新型的双金属触发器结构提供思路。【关键字】双金属片、电弧触发器、双金属片电弧触发器、温度场、银片狭颈、好氧树脂前言电弧触发器是电路保护的第一道防线，触发器的性能对熔断器的功能起决定性作用；要使熔断器的熔断功能发挥越高，对电弧触发器的灵敏度的依赖性就越大。而现代技术的发展，促进电弧触发器正在向小型化、高准确度、集成化和智能化方向发展；新工艺、新材料的应用也使电弧触发器的制造成本不断降低，性能指标不断提高，应用领域不断扩大。目前，电弧触发器已经广泛地在家用电器、电气工业、航天工业、船舶工业、汽车工业、一般工业、农业建筑、仪表工业、电讯事业、安全设备、照明设备等不同领域发挥着越来越重要的作用[1]。本文共分为五章。第一章介绍双金属材料的概况。论述了常见的双金属片类型、广泛的应用场景，如通用型双金属片、高温型双金属片、低温型双金属片、高灵敏度型双金属片、耐腐蚀型双金属片等，分析了双金属片的制造工艺、各种工作参数和有关设计知识。第二章介绍了电弧触发器的工作原理和双金属片电弧触发器的优缺点，并对双金属片电弧触发器进行了优化设计。第三~五章介绍了双金属片电弧触发器的温度场的计算并给出优化设计的具体方案和实验结论。双金属片概述双金属片工作原理图1-1（a）未加热时图1-1（b）分开加热图1-1（c）合并加热热双金属片结构如图1-1（a）所示，图中1为双金属片上层金属片（被动层），2双金属片下层金属片（主动层），由于被动层的热膨胀系数小于主动层的热膨胀系数，所以当双金属片处于室温T0时，虽然主动层和被动层存在热膨胀系数的差异，但由于未对双金属片进行加热，故主动层和被动层均不发生热形变，长度依然维持在l当我们对热双金属片开始加热，且分开加热，此时如图1-1（b）所示，主动层和被动层相距一小段距离。此时当把热双金属片从室温T0加热到T时，主动层受热从原始的l0长度延展了∆l2的长度，被动层受热从原始的l0长度延展了∆当我们对热双金属片开始加热，且组合加热，此时如图1-1（c）所示，主动层和被动层紧密的贴合在一起。此时当把热双金属片从室温T0加热到T时，在双金属片均匀受热后，双金属片发生了热膨胀形变，由于主动层和被动层受热膨胀程度的不同，即因为被动层的热膨胀系数小于主动层的热膨胀系数，双金属片主要参数比弯曲图1-2热双金属弯曲热双金属片的比弯曲：当通入电流后，双金属片的温度发生变化时，上下两层的金属片由于热膨胀系数的不同，而发生弯曲变形。单位厚度下的双金属片温度变化单位温度时，1/2的曲率变化称为比弯曲，记作K。其表达式为

K=（1-1）式中K——比弯曲，1/℃；D——厚度，mm；T1T2R——热双金属片发生形变时的曲率半径，nm。弹性模量在热双金属弹性极限内,应力与相应的应变之比。它是计算热双金属元件推力、力矩和内应力的主要参量。测量时将直条试样一端固定，在自由端加上一个负荷，然后测定该端的挠度变量[16]。如图1-3所示：图1-3弹性模量弹性模量为 （1-2）式中：为受力扰度；为在弹性限度内所加的负载，单位N；δ为双金属片厚度，单位mm；为双金属片的长度，单位mm。电阻率热双金属各层的总电阻率。热双金属元件使用中常通电直接加热,电阻率是选材的重要参量。n层复层材料的总电阻率与各组元层电阻率有如下关系。S（1-3）并且S=（1-4）式中ρ和ρi分别为复层材料总电阻率和第i个组元层电阻率S和Si分别为复层材料总厚度和第i膨胀系数描述物体热膨胀性能的物理参数。如果双金属片在0℃时的长度为L0，体积为V0。则在t℃时该物体的长度LtL（1-5）V（1-6）α和β分别称为该物体的“线膨胀系数”和“体膨胀系数”，且β=3α。⑤温曲率温曲率F：厚度为S的双金属片，当热双金属片每变化单位摄氏度时，其法线的曲率变化[10]。当热双金属片的厚度S≥0.3mm时，可以采用简支梁法；当热双金属片的厚度S<0.3mm时，应采用螺旋法测量。测量方法的示意图和计算公式如下：简支梁法：图1-4简支梁法F=（1-7）式中F为简支梁法的温曲率,单位1/℃；S为试样厚度，单位mm；L为二支点间距，单位mm；T1、T2为测量的起始温度和终止1、2为T1、T2温度螺旋法：图1-5螺旋法F=0.0154（1-8）式中F为温曲率，单位1/℃；α为温度变化(T2——TS为金属片厚度，单位mm；L为双金属片螺旋长度，单位mm；T1双金属片类型和主要应用①通用型通用型热双金属片是一种适用于多用途的双金属片类型，它具有较高的热敏感性能（即比弯曲系数比较大）和机械强度，并且通用型热双金属片的允许使用范围和线性温度范围都比较高，分别为-70℃~350℃和-20℃~180℃；焊接性好、价格便宜也是它的优点。通用型热双金属片广泛应用于继电器、开关、控制器等领域，适用于低压电器以及使用复式加热或旁热式的双金属元件[3]。②高温型高温型热双金属片仅适用于300℃以上的工作温度。因其具有很高的使用温度范围，所以高温型热双金属片很大的机械强度且抗氧化性能强，但对热的敏感度较低。高温型热双金属片主要应用于制造用来测量高温的温度计。③低温型低温型热双金属片仅适用于0℃以下的工作温度。它具有较高的热敏感性能（即比弯曲系数比较大）和机械强度，低温型热金属片最低工作温度可达80℃。④高度灵敏型高度灵敏型热双金属片具有很高的比弯曲系数、很高的电阻率。缺点为：熔点较低、容易氧化、焊接性差、稳定性较低、价格较高。由于其高精密和高灵敏性，导致高灵敏型热双金属片抗腐蚀性很差。该材料适用于小电流直热式或发热量较低的产品。⑤耐腐蚀型耐腐蚀型热双金属片其制造工艺采用电镀、复耐蚀金属等方法进行锻造，所以耐腐蚀型热双金属片具有较好的耐腐蚀性能。⑥电阻型电阻型热双金属片这类型的热双金属片具有多种多样的电阻率，使用可根据具体需求来选择。而电阻型热双金属片的性能大体相同，比如比弯曲系数等。电阻型材料除了主动层和被动层之外，基本还有一个中间层，这被称为三金属材料；而且由于中间层的材料主要为铜和镍，价格太贵，所以本设计不会采用电阻型材料。电阻型热双金属片主要应用于小型化微型熔断器。材料选择双金属片选材通常情况下，双金属片的主动层的材料主要有：镍、黄铜、锰镍铜合金、镍铬铁合金、镍锰铁合金等；被动层的材料主要为含镍35%~49%的合金。由上述几种双金属材料的分析以及设计要求，选择使用通用型双金属片（5J1480）来进行分析，表1-1是5J1480的材料特性[8]：物理性能比弯曲电阻率弹性模量线性温度℃允许使用温度范围℃密度标准145%0.85%147000-20~180-70~3508.2表1-15J1480的材料特性常见的导电材料有：铜、铝、银。铜的材料特点：造价相对较低，重量重，导电性能和导热性能都比较好，电阻率较低，比较耐用。适用范围：电线、电机、变压器等。铝的材料特点：制造成本低，材质轻盈，导电性能略逊于铜，耐磨，耐腐蚀。适用范围：室外架空线路，室内线路、低压设备等。银的材料特点：导电性和导热性非常高，电阻率低，熔点低，富有延展性，造价比较昂贵。应用范围：灵敏度高的仪器元件、自动化装置、火箭、潜水艇、计算机、核装置以及通讯系统等。材料名称造价导电性和导热性密度熔点℃电阻率铜较低较高8.961083.41.75×10^(-8)铝低较低2.76602.83×10^(-8)银较高高10.49961.781.586×10^(-8)下表1-2是铜、铝、银的材料特性：表1-2铜、铝、银的材料特性由于双金属片受热弯曲产生的推力比较大，所以要选择密度较高的材料，但是我们也要注意一下造价问题，最终我会选择铜作为双金属片的加热元件。同时，在双金属触发器中有一小部分需要极高的导电性和导热性以及较低的熔点，而且电阻率要低，所以只能选择银。环氧栅片选材环氧栅片的成分依据化学性质的不同大致可以分为两种类型：无机物：云母、石棉、大理石、瓷器、玻璃等。应用范围：电机绕组、开关等。有机物：树脂、橡胶、棉纱、纸、麻、蚕丝、人造丝等。应用范围：绕组导线包裹物等。且这两种材料的耐热等级分为：Y级（Tmax为90℃）、A级（Tmax为105℃）、E级（Tmax为120℃）、B级（Tmax为130℃）、F级（Tmax为155℃）、H级（Tmax为180℃）、C级（Tmax为结合上述分析，最终，选用绝缘材料——好氧树脂作为环氧栅片来完成双金属片电弧触发器的温度场计算。双金属片的设计与应力场分析（1）长度、宽度、厚度：在空间许可的情况下，双金属片的长度要尽可能长；长度、宽度、厚度之间的比值应该在80：8：1~48：6：1之间。同时，在材料的允许应力下，厚度不能太薄，一般在0.7~1.2mm之间。（2）曲率和扰度：我们可以通过对温度变化与双金属片弯曲形变的程度和弯曲行程的关系来计算双金属片的曲率和扰度。图1-6双金属片的弯曲计算如图1-6所示，热双金属片的弯曲曲率为：（1-9）式中：为弯曲半径，mm；分别为层1和层2的膨胀系数，10^(-6)/℃；为受热所产生的温差，K；为双金属片厚度，mm；为比弯曲，1/℃，且（1-10）对于自由扰度的值，我们会取2倍的脱扣行程，也就是图中的两倍。脱扣行程计算：（1-11）即自由扰度（1-12）（3）推力：对于双金属片推力的计算，我们可以通过研究温度变化与双金属片弯曲形变产生的推力之间的联系来进行。推力（1-13）式中：为弹性模量，N/mm2为双金属片的有效长度，mm；为双金属片的宽度，mm；为比弯曲，1/℃。（4）内应力：对于内应力的计算，我们可以通过分析双金属片弯曲形变产生的推力、触发器开孔对双金属片发生弯曲时的阻力以及双金属片的允许应力之间的关系来进行。Hooke定律：（1-14）其中，S为应力；Sn为预应力；Sext为外部应力；Sq为粘性应力；C为弹性矩阵；ε为弹性应变；ε0为预应变；εtℎ为热应变；εℎs为浸润膨胀；电弧触发器的概述电弧触发器的工作原理图2-1电弧触发器结构图2-2双金属片电弧触发器结构触发器系统在熔断器的分断能力中起到举足轻重的位置，目前具有高分断能力的限流熔断器主要有两种触发方式：电子触发器和电弧触发器。相比电子触发器，电弧触发器具有结构简单、使用元件少、抗干扰能力强等优点，在混合型限流熔断器中的应用越来越多。如图2-1所示，带有若干狭颈的银片被焊接在两块铜排的正中，且这两块铜排任保持一定的间距，这就是基本的电弧触发器结构。电弧触发器与常规限流熔断器结构近似，这两块铜排具有良好的散热性，且银片上包裹着大量的填料（好氧树脂）。由于铜排具有良好的散热性，所以在正常通电情况下，铜排上会有大量的电流流过。由于两块铜排中存在间距，当给器件一个左侧输入电流时，电流只能将从左侧铜排流经银片，再流向右侧铜排。银片上的狭颈的作用是为了减小狭径处电流流通的面积，从而使狭径处的电流密度增大，使得银片狭径处的温度上升幅度很大，当温度上升到银的熔点时，银片能够更快地熔断。当银片狭径熔断后会产生电弧，电弧电压的电信号作用于开断器，使得开断器接收到触发指令，从而能够使得开断器被触发，从而短路电流将转移到熔断器上，熔断器将产生高压电弧，使得短路电流被分断。图2-2为双金属片电弧触发器的结构，相较于普通的电弧触发器，双金属片型辅电弧触发器是在常规的电弧触发器的基础结构上焊接两个固定块，并固定上下两层不同材料的金属片，在靠近银片一侧的金属片下方放置一块像刀一样的栅片，并顶着银片。由于应用场景的需要，电弧触发器不仅仅要在存在短路电流时银片能实现熔断，还需要在较小故障电流时，银片依然能实现熔断，双金属片电弧触发器就满足了这个要求，能做到在较小故障电流时，实现触发熔断。由于固定的双金属片主动层和被动层的热膨胀系数不同，上下金属片虽然在通电时均受热膨胀，但被动层金属片由于热膨胀系数比较小，主动层金属片热膨胀系数比较大，导致下面的金属片发生热膨胀后向下弯曲，此时向下产生一个应力，并顶着像刀一样的栅片向下运动，使得银片通路发生形变，此时通过银片通路的电流密度相较与普通电弧触发器会变得更大，从而实现在较小温度下银片的熔断触发功能。双金属电弧触发器的结构图2-3双金属触发器的各部材料如图2-3所示：①为双金属片；②为铜排；③为绝缘材料好氧树脂；④为缝隙，其中有环氧栅片处在双金属片下方，该环氧栅片的材料为好氧树脂；⑤⑥为铜板；⑦为绝缘材料好氧树脂；⑧为银片。图2-4银片狭径如图2-4所示，银片被打了多个小孔，只剩5小块（狭径）连接⑤⑥两块铜板。在本模型中，银片起电流检测作用，原因如下：在该模型中，由于⑤⑥两块铜板是分开的，所以电流是由⑤号铜板流经银片⑧，再流向⑥号铜板的。由于这银片连接两块铜板处截面较小，导致该处电流密度会很大；由于银片的狭径电流密度较大，该处的温度会快速上升；又因为该处材料为银，熔点较低，所以该连接处会很快熔断；该处断开后会产生电弧，电弧会导入另一个元件，从而切断电源。注意，该段落中狭径熔断是由于通过的电流较大，导致狭径温度过高而熔断的。图2-5双金属片和环氧栅片如图2-5所示：铜排②和好氧树脂③均开有一个凹槽，双金属片①的左右两端都嵌入凹槽中，这是为了固定双金属片。因为该双金属片上半部分为被动层，所以双金属片受热会产生向下的弯曲形变。同时，双金属片下方的环氧栅片顶端正对银片的狭径；由于双金属片向下弯曲，环氧栅片受力向下顶断狭径。该段落中，环氧栅片顶断银片狭径是因为通过的电流较低，不足以熔断狭径，所以可以用栅片压断狭径。双金属片电弧触发器的优缺点A、双金属片电弧触发器的优点：①选择性好

②限流特性好，分断能力高在较小故障电流流通时，银片狭颈温升并不能达到银片的熔点，使银片熔断并使开断器发挥作用。此时，只能依靠环氧栅片来将银片狭径顶断，因此双金属片电弧触发器分段能力相较于普通电弧触发器提升了。

③相对尺寸较小为了保证熔断功能的迅速进行，双金属片电弧触发器的尺寸设计的普遍较小。

④价格较便宜。由于双金属片电弧触发器主要是由铜，少量为银的材质制成的，材料花费不算太昂贵，且双金属片电弧触发器体积较小，整体制造工艺也不算太繁琐，使得其价格相对亲民。B、双金属片电弧触发器的缺点：双金属片电弧触发器最主要的缺点就是触发后必须更换熔体，依据双金属片电弧触发器的工作原理可知，双金属片电弧触发器在发挥触发功能后，银片熔断，想要下次再次实现触发功能的话，就需要更换银片，或者更换整个双金属片电弧触发器。电弧触发器的发展史国外发展状况在18世纪70年代纳琳（Nairno），把细导线与充电电容器短接，发生了熔断，这就是电弧触发器的萌芽。1854年英国的泊利斯（Preace）用铂金丝作为熔体，也做了同纳林一样的实验。1879年电弧触发器已相当广泛的被应用，在当时，简单导线构成的电弧触发器已不能满足使用者的需求，汤泊生教授（S.P.Thompson）在当年设计出了一种改良型触发器，它是由两根铁丝连到一个金属球上，当有足够大的电流流过由铅锡合金或其他低熔点的导电材料制成的小球时，经过足够的时间后，金属球就会熔化而坠落，使得导线短路，从而断开了电路。1883年，玻埃斯（C.V.Boys）和康海（H.H.Cunyngham）在汤泊生教授研制的基础上设计了另一款触发器，电流通过由两片内侧焊接在一起的弹簧片，当电流超过额定值时，焊接处熔断，弹簧片就会向两个不同的方向弹开，使电路断开[10]。1890年莫地（W.M.Mordey）发明了具有填料的管式触发器，该触发器是由一根或者多根细直径的铜导线制成，并密封在玻璃管或类似的容器内，在玻璃管内要全部或部分填充磨细的半导体粉末或不良导体粉末，使熔断器不会有火焰向外喷溅。20世纪初西门子公司制造了一种以水银作为熔体的永久触发器，当过载电流通过水银时，使之发热而蒸发，于是电流被断开，当过载电流消失后，水银冷却恢复液态再次恢复导电。20世纪20年代斯莱宾（Slepian）利用气体灭弧的原理，研制出第一台气体喷射触发器。1939年甘苔邦（Gantenbein）设计了一种变截面熔体的触发器，且只适用于过电压的情况。1969年日本研制成功了低压永久触发器，分断能力达到300kA，限流峰值在15kA左右。国内发展状况在1980年代以前，触发器对中国来说是一项难题，且经历了长期的模仿时代，中国触发器从此开始逐渐步入正轨，形成了全新的触发器生产布局。1980-1995年，随着改革开放后欧美触发器随国外设备的引进而大量涌入。1989年至今，德国E-FEN公司、WOhner公司相继在广东和北京建厂，大批量生产NH方形和B型圆筒形触发器。电弧触发器的优化设计设计目的：由于触发器狭径的尺寸设计是按照大电流工况快速熔断要求设计，能够保证大故障电流时快速熔断，但是在小电流工况（三倍额定电流）时，电流的热电效应并不会熔断触发器狭径，系统长时间通入故障电流将会造成元器件受到损害甚至发生严重事故。为解决触发器无法在较小电流熔断的问题，采用设计双金属片新式触发器，通过外力挤压狭径，使狭径断裂[6]。综合设计目的我们可以从两方面入手，第一点是通入额定电流时，它的温升情况。第二点是在短路电流通入时的弧前时间。想要对其优化，提高它对短路电流的响应速度，我们可以在它满足温升的前提下缩短弧前时间[19]。也可保持其弧前时间一致来改变其温升。设计意义：使得双金属触发器的应用领域更加广泛；对以后研究双金属触发器起引导作用；并能通过对原理的理解能够设计双金属触发器。温度场概述引言根据第一章的双金属片原理的分析以及公式的推导，建立双金属片辅助电弧触发器的数学模型，根据数学模型，利用COMSOLMultiphysics5.4软件进行仿真，建立仿真模型。仿真建模基本方程瞬态电热场基本方程：（双金属片吸收的热量等于自身内能增加和散热）∇y⋅∇φ+y∇（3-1） ρC（3-2） y=y（3-3）式中：ρ为密度，单位kg/m3，c为比热容，单位J/（kg·℃），γ为电导率，k为导体的导热系数，T为铜片表面温度，λ为导热系数，单位为W/m*K；∇T为温度梯度，单位为K/m；双支梁双金属片挠度：Δf=（3-4）双支梁双金属片推力：F=（3-5）温度场的计算公式为：（3-6）式中：Suρ是密度（Kg/mc是比热容（J/(Kg×K)）λ是热流密度(S/m)仿真建模具体步骤仿真建模的具体边界条件有：传热部分：触发器上表面部分传热递系数设置为14W/（m²⋅K）。触发器两侧面部分传热系数设置为28W/（m²⋅K）。触发器底面部分传热系数设置为7W/（m²⋅K）。除最左侧和最右侧两部分外都是电绝缘的；将最右侧设置为接地，最左侧设置为通入电流。力学部分：触发器底座固定。双金属片两端水平方向可自由移动，竖直方向固定。双金属片电弧触发器的优化设计温度场概述为了更好的探究双金属片电弧触发器的温度场，我们可以按照以下步骤来完成该部分的内容：（1）通过COMSOL软件新建一个三维模型，选取的物理场为结构力学的热应力。（2）在COMSOL软件中导入之前所画的几何图形如图4-1，并将该图形的材料设置为：双金属片材料为通用型材料5J1480或5J1476；铜排材料为铜；绝缘材料为好氧树脂；银片材料为银。图4-1双金属触发器（3）设置固体传热。传热条件设置：固体传热模块，设置温度初始值为293k。我们将图4-2中紫色的部分设置为热绝缘，即对外不传热，和外界无热交换，灰色部分不是热绝缘，与空气就会有热传递。图4-2热绝缘部位设置热通量，将触发器上表面部分的热通量1，如图4-3中紫色部分所示，传热递系数设置为14；图4-3热通量13.将热通量2即触发器两侧面部分，如图4-4中紫色部分所示，传热系数设置为28；图4-4热通量24.将热通量3即触发器底面部分，如图4-5中紫色部分所示，传热系数设置为7。图4-5热通量3设置通入电流。除最左侧和最右侧两部分外都是电绝缘的；将最右侧设置为接地，最左侧设置为通入电流。然后我们设置电绝缘，如图4-6所示：除了左右侧边的两个灰色部分，其余的紫色部分均为电绝缘。图4-6电绝缘接下来，我们设置接地部分，它只有一处，也就是图4-7中紫色部分。图4-7接地最后我们设置终端，也就是与接地处相对的，触发器的另一端，如图4-8所示，我们将其电流设置为一个函数。图4-8通入电流通入的电流如图4-9图4-9电流示意图（5）温度场计算结果。第140秒时元件温度：图4-10（a）主视图图4-10（b）底面视图图4-10（c）底面放大如图4-10（a，b，c）所示，在通电140秒时，元件的温度最高处为狭径，最高温度为249℃，远达不到银的熔点。所以要使银片狭径断开，就只能靠环氧栅片来将银片狭径顶断。此时明显可以看出右侧铜板温度比左侧高，好氧树脂部分温度基本不变。双金属片固定端优化设计方案电弧触发器在电流流通时，由于铜排的热传递，双金属片上的温度约为70℃左右，此时通过以上的仿真结果可知电弧触发器整体的内部应力较大，狭径处最高处的应力约为828Mpa左右，其中狭径处受到的应力最高，此时长时间工作在正常通流情况下可能会造成触发器结构的变形导致狭径几何尺寸的变化，电流密度增大，触发器温度分布边变化，造成误触发的情况。因此通过设计增加双金属片两端固定侧的开槽宽度可以使双金属片两端有较大的活动空间，使得在正常通流情况下双金属片产生的形变不会对触发器有过大的影响，从而达到保护触发器正常工作的目的，如图4-11所示[21]。图4-11改进后双金属片辅助电弧触发器具体改进的数值为：将左右两边环氧材料和铜排上的开口各增大0.2mm，双金属片中心与绝缘栅片间隔0.2mm，双金属片整体被抬高0.2mm，改进后双金属片两固定端的自由活动高度增加0.2mm。图4-12改进后双金属片辅助电弧触发器银片受到的压力仿真模型增加双金属片两固定端自由活动高度的仿真结果：图4-13改进前的应力图4-14改进后的应力改进前的狭径处在正常通流500A时所受到的应力有180Mpa左右。改进后正常通流为500A时狭径受到的应力为126Mpa左右。通过对比可知和改进后受到的应力为126Mpa相比改进之前所受到的应力确有减小，证明该方法确实可以达到保护触发器的效果，但是双金属片推力响应减小，起弧时间相应延长。结论本文以低过载电流下电弧触发器不动作或动作过慢为研究背景，采用原理分析、仿真建模和试验研究相结合的方法，对双金属片辅助电弧触发器动作过程进行了分析，同时对双金属片辅助电弧触发器进行了优化设计，使其快速分断。以下为主要研究内容：（1）利用COMSOL有限元仿真软件，对双金属片辅助电弧触发器进行了仿真建模，同时对仿真模型的正确性进行了验证。（2）针对上述仿真结果，我们发现双金属片辅助电弧触发器的触发时间过长，所以对双金属片辅助电弧触发器模型