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電連接器熱設計及注意事項

發布時間：2018-12-27 責任編輯：wenwei

【導讀】本文根據熱力學公式對接觸體的最大電流值及電連接器整體溫升值進行分析，通過定量的方法實現電流計算及溫升值計算，並采用實際試驗方式驗證計算結果。

應ying用yong電dian連lian接jie器qi的de電dian力li連lian接jie係xi統tong，連lian接jie器qi是shi為wei兩liang個ge導dao體ti界jie麵mian提ti供gong連lian續xu可ke靠kao的de電dian流liu通tong路lu的de基ji本ben元yuan件jian。目mu前qian，隨sui著zhe應ying用yong設she備bei的de功gong率lv越yue來lai越yue大da，電dian連lian接jie器qi正zheng向xiang高gao電dian壓ya、大電流方向發展，主流大電流連接器采用12mm以上大直徑接觸件以實現穩定的電流連接。

dangqiandadianliulianjieqimianlindezhuyaowentishigaoedingdianliuhewensheng。erdidianyazhongwenshengyoushiyingxiangchanpinzaiheronglianghekekaoxingdeguanjian。lianjieqidewenshengshiyougongzuoshijiechutifaredailai，yincijuedinglianjieqiwenshengdeyinsuzhuyaoshijiechudianzuyujixiejiegou。

lianjieqiyingjuyoudierwendingdejiechudianzulaibaozhengjiechuquwenshengzaicailiaoyunxudewendufanweinei。jixiejiegouyifangmianweilianjieqitigongkekaodejiechutiaojian，lingyifangmianbutongjiegouchicunyingxiangdianlianjieqizhengtisanrexiaoguo。

benwengenjurelixuegongshiduijiechutidezuidadianliuzhijidianlianjieqizhengtiwenshengzhijinxingfenxi，tongguodingliangdefangfashixiandianliujisuanjiwenshengzhijisuan，bingcaiyongshijishiyanfangshiyanzhengjisuanjieguo。

為了降低溫升的影響，提高連接器載流量，本文整理提出大電流電連接器設計注意事項。

1 引言

由於接觸體連接端存在接觸電阻、接jie線xian端duan存cun在zai壓ya接jie電dian阻zu，當dang電dian連lian接jie器qi傳chuan輸shu電dian流liu時shi，將jiang會hui產chan生sheng熱re量liang，內nei部bu溫wen度du會hui隨sui之zhi上shang升sheng下xia降jiang或huo劇ju烈lie變bian化hua，並bing對dui其qi結jie構gou性xing能neng和he使shi用yong壽shou命ming產chan生sheng影ying響xiang。高gao溫wen使shi絕jue緣yuan材cai料liao結jie構gou發fa生sheng變bian化hua，產chan生sheng化hua學xue分fen解jie，絕jue緣yuan性xing能neng變bian壞huai；使接觸體材料的機械性能劣化，導致應力鬆弛和鍍層破壞，在接觸區形成絕緣薄膜，接觸電阻增大，並反過來進一步加劇溫升；guogaodewendushimifengcailiaoshixiao，daozhidianlianjieqifanghuxingnengxiajiang。tongshi，waibuhuanjingwenduyingxiangdianlianjieqidesanrexiaoguo。dianlianjieqidewenshengzhengshidianfuhehehuanjingtiaojiandezonghezuoyongjieguo。

2接觸體最大工作電流

受(shou)電(dian)阻(zu)影(ying)響(xiang)，接(jie)觸(chu)體(ti)通(tong)過(guo)電(dian)流(liu)時(shi)會(hui)產(chan)生(sheng)熱(re)量(liang)，接(jie)觸(chu)體(ti)周(zhou)圍(wei)空(kong)氣(qi)受(shou)熱(re)產(chan)生(sheng)對(dui)流(liu)會(hui)散(san)發(fa)導(dao)體(ti)產(chan)生(sheng)的(de)熱(re)量(liang)，當(dang)產(chan)生(sheng)的(de)熱(re)量(liang)與(yu)散(san)發(fa)的(de)熱(re)量(liang)達(da)到(dao)平(ping)衡(heng)時(shi)，導(dao)體(ti)的(de)溫(wen)度(du)就(jiu)會(hui)固(gu)定(ding)，此(ci)時(shi)，接(jie)觸(chu)體(ti)的(de)溫(wen)度(du)與(yu)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)之(zhi)差(cha)就(jiu)是(shi)接(jie)觸(chu)體(ti)溫(wen)升(sheng)值(zhi)，接(jie)觸(chu)體(ti)通(tong)過(guo)的(de)電(dian)流(liu)值(zhi)就(jiu)是(shi)在(zai)此(ci)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)下(xia)接(jie)觸(chu)體(ti)的(de)工(gong)作(zuo)電(dian)流(liu)。

dangjiechutiwendudadaobenshencailiaohuojueyuancailiaoderongdianshi，cishitongguodedianliujiushijiechutisuonengchengzaidejixiandianliu。jiechutishijishiyongdetonghejinrongdianyuandayujueyuancailiaorongdian，yinci，dangjiechutiwendudadaojueyuancailiaosuonengchengshoudejixianshidedianliuzhi，jiushijiechutidezuidagongzuodianliu。

2.1 數學模型

根據能量守恒定率，接觸體生成熱功率等於散熱功率，即：

2.2 求解計算

以8#針孔為例，計算最大工作電流，取值結果如下：

S 1800mm2

△t 105℃（室溫20℃，高溫125℃，△t=125-20=105℃）

R 0.56mΩ

代入公式（5）：

I=63.8A

需要指出的是，計算結果是未送入電連接器的單獨接觸體。送入產品後，受絕緣體傳熱及殼體散熱影響，最大工作電流小於63.8A。

2.3 小結

通過公式（4），降低電流強度和接觸電阻、提高散熱麵積、選擇散熱係數高的材料均可以達到減少發熱量的目的，既在產品設計時應注意：

（a）減少接觸體直徑的突變，防止出現電流集束效應，增大接觸電阻；

（b）在結構尺寸允許的情況下，適當加大接觸體直徑和長度，增大其散熱麵積；

（c）公式（5）可以推導出：

可以看出，隨著電流的增加，發熱量迅速增大，溫度升高越來越快。這也是大電流接觸體多采用插針內置漲環、插孔收口端外套彈簧（彈簧箍結構）、冠簧等結構，避免銅材受熱產生應力鬆馳；

（d）多點接觸結構或加大接觸正壓力，均為減小接觸電阻，具有更多的傳熱點，其更適用於大電流環境。

相同溫度、插針直徑及適配導線，測試扭簧孔、開瓣彈簧箍結構及48點接觸簧片式結構接觸體，按GB/T 5095.3 方法5a進行溫升試驗，試驗結果見圖1。

圖1：不同結構接觸體溫升曲線

試驗結果可以證實上述推斷。

3電連接器溫升

上麵討論的是單獨接觸體的電流和溫升，而在實際使用時，考慮安裝方式、anquandengyinsu，jiechutijunxusongrudianlianjieqineishiyong。dianlianjieqiwaikegelilejiechutiredianyukongqidezhijiejiechu，jiangdilejiechutirediansanrexiaoguo。dianlianjieqidewaibureyuan、大氣條件、電連接器本身散熱條件的好壞，如表麵顏色、有無冷卻手段等，都是影響電連接器散熱效果的因素。

連lian接jie器qi溫wen升sheng是shi指zhi在zai某mou一yi特te定ding溫wen度du下xia，在zai接jie觸chu體ti上shang施shi加jia額e定ding電dian壓ya與yu額e定ding電dian流liu而er發fa熱re並bing達da到dao平ping衡heng時shi，其qi內nei部bu最zui熱re點dian溫wen度du與yu環huan境jing溫wen度du之zhi差cha。電dian連lian接jie器qi的de溫wen升sheng可ke以yi通tong過guo計ji算suan和he試shi驗yan來lai確que定ding。

3.1 數學模型

依據熱力學熱傳導、熱對流、熱輻射理論，整理出電連接器最熱點溫度計算公式：

公(gong)式(shi)中(zhong)未(wei)考(kao)慮(lv)封(feng)線(xian)體(ti)與(yu)導(dao)線(xian)對(dui)散(san)熱(re)的(de)影(ying)響(xiang)，電(dian)連(lian)接(jie)器(qi)加(jia)裝(zhuang)封(feng)線(xian)體(ti)後(hou)，其(qi)內(nei)部(bu)環(huan)境(jing)相(xiang)對(dui)密(mi)閉(bi)，增(zeng)加(jia)了(le)傳(chuan)熱(re)難(nan)度(du)，導(dao)線(xian)延(yan)伸(shen)出(chu)電(dian)連(lian)接(jie)器(qi)外(wai)部(bu)，相(xiang)當(dang)於(yu)增(zeng)加(jia)了(le)散(san)熱(re)麵(mian)積(ji)，有(you)利(li)於(yu)散(san)熱(re)。

因此，計算結果僅為近似的估算，同時建議參數選取不利於散熱的邊界條件，如此可保證產品設計符合使用條件。

3.2 求解計算

以8芯電連接器為例，計算最大工作電流，取值見表1：

表1：參數取值

代入公式（9）後，I=53A

取安全係數0.8，電連接器額定工作電流53×0.85=42.4A

計算結果接近產品標準規定的額定電流46A。

以額定電流46A、接觸電阻0.56mΩ、環境溫度20℃計算電連接器溫升，將數據代入公式（7）、（8）:

Tc=57℃

△t=57-20=37℃

計算結果滿足產品標準規定的溫升不超過55K要求。

3.3 試驗測試結果

取8芯電連接器1套，接觸體壓接16mm2daoxian，songruhoujiangsuoyoukongweichuanlian，tongyiedingdianliu，dangdianlianjieqineibuwenduwendinghou，zhubuzengjiadianliuzhi，zhizhiwenduchaoguodianlianjieqichengshounengli。shiyanjieguojianbiao2：