مرسن گرمایش ژول را در شینه ها و فیوزها شبیه سازی می کند

گرمایش ژول امروزه یک نوع شبیه سازی نسبتا استاندارد برای کاربران COMSOL است. این شامل حل میدان های ولتاژ الکتریکی و دما به طور همزمان با خواص مواد بسیار وابسته به دما است. کنترل گرمایش ژول هنگام طراحی و ساخت اجزای سیستم های الکتریکی بسیار مهم است. گروه حفاظت الکتریکی در شرکت تولیدی مرسن فرانسه، طراحی شین‌ها و فیوزهای خود را بر اساس آزمون و خطا قرار می‌داد، اما این روزها به COMSOL Multiphysics روی آورده‌اند.

مدل‌سازی گرمایش ژول برای طراحی‌های بهینه شینه و فیوز

هنگامی که صحبت از محافظت از اجزای الکترونیکی و در نتیجه کل سیستم یا تجهیزات می شود، فیوزها و شینه ها ضروری هستند. چند نمونه از جاهایی که فیوزها درگیر می شوند عبارتند از توربین های بادی و سیستم های فتوولتائیک در انتهای بالاتر و دستگاه های نیمه هادی در انتهای پایین، همانطور که توسط ژان لوئیز ژله و آنتوان گرلو از مرسن فرانسه در داستان کاربر “کنترل گرمایش ژول عملکرد را افزایش می دهد” ذکر شده است . و عمر دستگاه “.

آنها ادامه می دهند که بدون توجه به اندازه، فیوزها بر اساس یک اصل اساسی کار می کنند. یک نوار فلزی گرم می شود و اگر جریان بیش از حد جریان داشته باشد، فیوز بخار می شود. به محض ذوب شدن، فیوز گاهی اوقات به هدایت خود ادامه می دهد زیرا شکاف تازه ایجاد شده توسط یک قوس الکتریکی پل می شود. خاموش کردن این قوس حیاتی است زیرا می تواند افراد، تجهیزات و محیط زیست را در معرض خطر قرار دهد. به گفته این دو محقق در مرسن، خاموش کردن قوس سخت ترین بخش در بهینه سازی طراحی فیوز آنها است. از این رو، اکنون برای مرحله طراحی به شبیه سازی روی آورده اند. با پشت سر گذاشتن روش‌های آزمون و خطا، آن‌ها اکنون می‌توانند بفهمند که در داخل فیوز چه می‌گذرد، سطح مقطع و ضخامت عنصر فیوز را برای رسیدن به پاسخ حرارتی مورد نظر تنظیم کنند و فیوزهایی تولید کنند که اندازه کوچک‌تری دارند و کمتر مستعد ایجاد قوس هستند.

شبیه سازی گرمایش ژول را در فیوز نشان می دهد
شبیه سازی فیوز. تصویر از ژان لوئی ژله و آنتوان گرلو، مرسن فرانسه .

در حالی که فیوزها برای حفاظت الکتریکی استفاده می‌شوند، شین‌ها برای انتقال نیرو در شرایطی استفاده می‌شوند که جریان‌های بزرگ باید در فاصله کوتاه و بارهای متعدد هدایت شوند. شینه‌های طراحی شده توسط مرسن از لایه‌های لایه‌ای با لایه‌ای از مواد عایق اضافه شده بین صفحات رسانا در پتانسیل‌های مختلف تشکیل شده‌اند. برای جلوگیری از جابجایی، فیلم با چسب وصل می شود. اگر دمای شینه از حد معینی فراتر رود، ممکن است خود چسب یا عایق از بین برود. اگر این اتفاق بیفتد، یک اتصال کوتاه چشمگیر می تواند رخ دهد که منجر به تغییر شکل شین می شود.

پس منطقی است که مرسن به شدت نگران حذف نقاط داغ در باسبارهایی است که طراحی می کند. از طریق مدل‌سازی حرارتی، آنها می‌توانند یاد بگیرند که در داخل لایه‌ها چه اتفاقی می‌افتد و در عین حال در هزینه‌های آزمایش و توسعه نیز صرفه‌جویی کنند.

تصویر حرارتی و شبیه سازی شده یک شینه از مرسن
مدل سازی شینه. سمت چپ: تصویر حرارتی. سمت راست: نسخه شبیه سازی شده تصویر با حسن نیت ارائه شده از Jean-Louis Gelet و Antoine Gerlaud، Mersen فرانسه.