Les fonctionalités du système étudié sont bien résumé dans l'image
ci-contre (image issue de la page
REDCUBE Terminals - 4power!
).
Les spécifications, caractéristiques sont téléchargeable sur la page
WP-PLUG REDCUBE Direct Plug Terminal, en particulier le fichier STEP de la
référence 7464100.
On utilise successivement les modules
3D DC Conduction
et
3D Static Heat Transfer
pour évaluer les pertes Joules puis les températures atteintes.
Après avoir créé un nouveau problème avec le module
3D DC Conduction
avec comme unité le mm.
le fichier STEP disponible est importé en vérifiant que le paramètre "Background Region" ait bien la
valeur "No" (Figure 1).
Le courant reste à l'intérieur du conducteur et les échanges thermiques se font à sa surface,
un volume extérieur est donc inutile.
Figure 1
Le conducteur est sélectionné puis nommé pour définir sa résistivité. On prend celle du cuivre.
Les autres éléments sont cachés lorsqu'on sélectionne "Hide All but This".
Figure 2
Le contact intérieur est sélectionné (Figure 2). Sa surface est de 188.496 mm²
ce qui permet ce déterminer la densité surfacique du courant entrant par cette surface :
120/188.496e-6. Cette surface est nommée "In" puis l'expression précédente
est rentrée dans "Normal Current Density".
Pour définir complètement le modèle, les surfaces de contact sont définies
(Figure 3) et nommées "0V". On donne à ce "Label" une tension de 0 V.
Pertes Joules et échauffement @ 120 A
Après un calcul de quelques secondes, on obtient le résultat avec l'aide de l'outil
"integral calculator" (Figure 3) : 0.0252052 W. Sur le même panneau le volume
du conducteur est calculé : 9.61297e-7 m³.
Figure 3
Un modèle thermique est créé par une copie du premier : "red_cube_wurth_elektronik_heat.pbm".
Les échanges termiques sont définis sur deux surfaces :
"contact" : lieu de liaison du raccord enfichable avec le "red cube" où les échanges thermiques
sont maximaux avec h = 100 W/K•m² et T = 20°C.
"ext" : surface "rec cube"/air où les échanges thermiques
sont minimaux avec h = 2 W/K•m² et T = 20°C.
Puis la définition de l'élément "conducteur" est complétée par une
densité volumique de puissance de 0.0252052/9.61297e-7 (W/m³)
Le calcul est également très rapide et on obtient le résultat ci-dessous
Figure 4
Pertes Joules et échauffement @ 500 A
Pour le calcul à 500 A, il est inutile de recalculer les pertes Joules, il suffit
d'appliquer à la densité volumique de puissance le coefficient (500/120)².
Celle-ci devient donc (500/120)²•(0.0252052/9.61297e-7) W/m³.
Le calcul est rapide et on obtient le résultat ci-dessous
Figure 5
Courant (A)
Température moyenne (°C)
120
21.3
500
42.2
Figure 6
On obtient donc une augmentation d'environ 20°C, ce qui est acceptable. Cependant
ceci ne concerne que le conducteur principal et non pas les contacts Red Cube/Circuit imprimé.
Cette étude peut être facilement réalisée en extrusion.
Note :
Avec la température, la résistivité du cuivre augmente, ce qui dans le cas
d'une source de courant serait à prendre en compte mais c'est un cas relativement rare.
Seul la définition du système complet (source, câbles, charge) permet de décider
de l'utilisation de la relation entre résistivité et température.
Fichiers et conclusion
Notes : Les résultats peuvent être visualisés avec la version gratuite de
QuickField™
.Le fichier CAO au format STEP n'est pas inclus, mais est disponible
sur la page donnée par le lien en haut de page. Les résultats en thermique sont donnés pour 500 A.
