Слаботочка Книги сьивающее исследуемый процесс. Метод Галеркииа может быть (использован и в тех случаях, когда шостроение функционала затруднено или вообще невозможно [5.11]. Возможность достаточно точного построения температурного поля предохранителя может быть реализована при решении различных тепловых задач. В одних случаях это могут быть задачи адентификационного типа, когда-для какой-л1ибо заданной конкретной иошструкции предохранителя требуется, например, определить критические токи, приводящие к недопустимому нагреву, например, в. середине перешейка ИЛИ на его границе с широкой частью плавкого элемента, на выводах, корпусе и т. п. В других случаях это могут быть оптимизационные задачи по поиску путей обеспечения высоких экономичеоких показателей .при одновременном удовлетворении функциональных характеристик. В общей математической постановке это задачи нелинейного прогр1аммирования с многокритериальной оптимизацией. При этом в качестве-оптимизируемых параметров могут служить, гаапример,, среднее сечение иерешеймов, их форма и длина, расположение параллельных перешейков и их количество. В качестве ограничений могут выступать, например, плотность тока в перешейках, которая не должна быть меньше 400-800 А/мм2, так как в противном случае не достигается необходимое быстродействие предохранителя; длина перешейков, которая не должна быть слишком малой (менее 1,2-1,5 мм) или чрезмерно большой (свыше 2- 2,5 мм), ибо в первом случае резво осложнится режим отключения аварийных токов (особенно малых), а во втором случае интенсифицируется тепловой режим. Особое внимание должно уиеляться форме перешейков, поскольку при ее нерациональном выборе могут возникать механические напряжения и концентрация электричесного поля, в 5-7 раз превышающие норМгальные значения. Наконец, описанные Методы позволяют анализиршать интенсивность изменений выходных характеристик предохранителя в тепловом и коммутационном режимах 1в зависимости от изменений иар1аметров конструкции и условийч эксплуатации. 5.3. Реакция предохранителей на циклические воздействия нагрузки Любой режим работы быстродействующих предохранителей в полупроводниковых преобразователях в той ил1№ иной мере является режимом циклической токовой на- грузки (ИЛИ перегрузни. Наиболее характерны циклические перегрузки, показанные на рис. 5.5. Среднеквадратичное значение тока /о (i и Д - длительность и ток в период нагрузки, 72 - время бестоковой паузы) не должно превышать номинальное значение тока /ном, допустимое в стационарном тепловом режиме. Однако реализация такого требования бывает весьма затруднительна, так как при /о=/ном происходит преждевртенное сгорание цре- "Рис. 5.5. Форма импульса циклической нагрузки предохранителя с длительностью цикла Го: , Г /i»r.+ а - ступенчатая, 1= - - среднеквадратичное значение .(Го-Г,-Га-длительность бестоковой паузы); б -псямоугольиая,!/о = Т/ -г"- 7 То •среднеквадратичное значение тока (Го - Г1 - длительность бестоковой паузы) дохракител1ей. Первой реакцией разработчиков на эту проблему было снижение номинальвого тока предохранителя и THpiHcTopia в режиме цикличесних нагруз10к. При этом в качестве исходных данных используется ампер-секундная характеристика предохранителя. В [5.6] приводятся рекомендации по выбору режимов работы предохранителей тиристорного преобразователя для системы питания сварочного агрегата. В соответствии с ними пре-дохранитель н,а номинальный ток 150 А обеспечивает 10 циклов, если И1нтегр1ал квадрата тока плавления этого предохранителя для времени, равного длительности тока перегрузки, будет в 4 раза превышать фактический джоулев интеграл квадрата тока перегрузки. При двукратном отношении этих интегралов стойкость предохранителя резко снижается до 50 циклов. В [5.7] указывается, что для обеспечения надежной работы в режиме циклических перегрузок ток плавления предохранителя во время лерегрузни должен быть равен пю меньшей мере удвоенному значению тока ,перегрузк)и. При токе перегрузки 450 А и длительности его 5 с ток плавления пре- :1б0 дохраиителя должен быть равен по /меньшей мере 900 А в течение 5 с. Если по ампер-секундной характеристике предохранитель на /ном=200 А имеет ток тлавлеиия эа 5 с, равный 750 А, а предохранитель на /ном==250 А имеет ток плавления за 5 с, равный 1000 А, то необходимо выбрать предохранитель на /ном=250 А. В [5.8] также рекомендуется вдвое снижать Н01минальный itok в режиме циклических нагрузок. Коэффициент снижения номинального тока в циклическом режиме в предохранителях фирмы Ferraz (Франция) находится в пределах 0,6- 0,65. При действии нерегулярных циклических нагрузок этот коэффициент может быть повышен до 0,7-0,75. Интересно отметить, что если .переход от •предохранителей общепромышленного применения к быстродействующим оказался возможным благодаря повышению плотности тока в перешейках более чем в 2 рава, то в быстродействующих предохранителях последних поколений, когда особенно остро встал вопрос о циклической стойкости, наблюдается даже некоторое снижение -runoTiHacTiH тока, а сохранение или даже повышение быстродействия достигается другими средствами, в том числе оптимизацией конструктивных пар1аметр10в. Феноменология процесса разрушения плавких перешейков. Под усталостью материала понимаются изменения его механических 1и физичесних свойспв иод длительным воздействием циклически изменяющихся во времени напряжений и деформаций. Эти шменения отражаются иа его механических свойотвах, макро- и микроструктурах м субструктуре. Усталость пл:авмих элементов предохранителя 11роя)вляет1ся е постепенном образовании микротрещин под воздейст1В«ем термических напряжений. При этом увеличивается сопротивление перешейков, что приводит к их повышенному нагреву. Увеличение нагрева в свою очередь становится прич1иной роста тервдонацряжений, дальнейшего развития микро- .и макротрещия и в конечном счете разрушения наиболее слабого перешейка. Перераспределение тока между соседними параллельными перешейками обусловливает увеличение плотности тока в них (И способствует интенсификации процесса усталости, штюрый 31аканчивает1ся ложным срабатыванием предохранителя. XapaiKTep заключ1ительной 1стадии усталостного разрушения предохранителя («тихого сгорания») за-В1ис,ит от плотности тока, предыстории раврушения, конструкции и геометрии плавких элементов. Количественно усталостный шроцесс описывается зависимостями меж-11-6178 161 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 [52] 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 |
|