第11期 罗奕兵等：工作条件对钥包铝扁排导电性能的影响 ,1433 别为60mm×10mm、80mm×10mm和100mm× 的铜包铝扁排，当量换热系数为a=5Wm一2，K-1 l0mm铜包铝扁排承载的平均电流密度和工作温度 时，扁排的工作温度分别为79.6℃和89.4℃，两种 关系如图3所示.从图中可见，随平均电流密度（载 扁排的温升之差为9.8℃；而当量换热系数增大为 流量)的增大，因功率损耗与电流密度的平方成正 a=20Wm2.K时，扁排工作温度分别降低为 比，扁排工作温度急剧升高.例如，当80mm× 32.8℃和34.3℃，温升之差减小为1.5℃. 10mm铜包铝扁排的电流密度从1.26Amm-2增大 为2.06Amm-2,电流密度增大64%，工作温度从 ￥60mm×10mm 6h=6e *80mm×10mm S-20% 40℃升高至80℃. e-100mm×10mm =1500A 从图中还可以看出，当扁排断面结构和换热强 70 J-1.5A.mm 度一定时，扁排所允许承载的平均电流密度随断面 尺寸的增大而减小.以温升60℃为例，断面尺寸分 别为60mm×10mm、80mm×10mm和100mm×10 40 mm的铜包铝扁排所允许承载的平均电流密度为 30 2.13Amm-2、2.06Amm-2和2.01Amm-2,相比 10 15 20 当量换热系数/Wm2,K) 60mm×10mm扁排，80mm×10mm、100mm× l0mm的铜包铝扁排所允许的平均电流密度分别降 图4散热强度与工作温度的关系 低3.3%和5.6%. Fig.4 Relation of heat emission intensity to operating temperature 90 3.5铜包铝扁排和铜扁排性能参数比较 ◆60mm×10mm 80 *80mm×10mm 当环境温度为20℃、当量换热系数为a= e-100mm×10mm 70 a=10 W.m 2.K- 10Wm-2.K-1时，包覆层面积比SA=20%,包覆 8h=80 层均厚（òh=ow),断面尺寸分别为80mm×10mm、 S=20% 111mm×10mm的铜包铝扁排及80mmX10mm铜 50 扁排的载流量和工作温度关系如图5所示，从图中 可见：当铜包铝扁排和铜扁排的断面尺寸相同时，以 40 温升60℃为例，80mm×10mm铜扁排所允许的最 1.0 12 1416182022 2.4 平均电流密度(Amm) 大载流量为1903.4A,而80mm×10mm铜包铝扁 排所允许的载流量为1647.6A,约为铜扁排的 图3平均电流密度与工作温度的关系 86.5%;而111mm×10mm的铜包铝扁排（与 Fig.3 Relation of mean current density to operating temperature 80mm×10mm铜扁排的单位长度直流电阻相同)所 3,4散热强度对工作温度的影响 允许的载流量为2211.1A,与80mm×10mm的铜 当环境温度为Th=20℃、扁排承载的平均电 扁排相比增加16.2%.在单位长度直流电阻和载流 流密度为J=1.5Amm2时，包覆层面积比Sa= 量相同的条件下，铜包铝扁排工作温度低于铜扁排. 20%,包覆层均厚，断面尺寸分别为60mm×10mm、 当载流量为I=1600A时，111mm×10mm铜包铝 80mm×10mm和100mm×10mm的铜包铝扁排工 ★-80mm×10mm,8h=0， 作温度和换热强度的关系如图4所示，从图中可 80 S.=20%.CCA -a-111mm×10mm,6h= 见，随当量换热系数的增大，扁排工作温度降低，其 80,S=20%.CCA 70 ◇-80mm×10mm, 降低趋势逐步减小.在当量换热系数由5Wm-2. Cu 60 f=50Hz K-1增大为10Wm-2.K-1时，80mm×10mm扁排 50 的工作温度由84.2℃降低为48.9℃，温升减小 35.3℃；而当量换热系数增大为20Wm-2.K-1时， 0 工作温度降低至33.8℃，温升降低15.1℃，温升降 600 1000 140018002200 低的趋势明显减弱 载流量/A 随当量换热系数的增大，扁排断面积大小对温 图5载流量和工作温度的关系 升的影响减小.对60mm×10mm、100mm×10mm Fig.5 Relation of current capacity to operating temperature别为60mm×10mm、80mm×10mm 和100mm× 10mm铜包铝扁排承载的平均电流密度和工作温度 关系如图3所示．从图中可见‚随平均电流密度（载 流量）的增大‚因功率损耗与电流密度的平方成正 比‚扁 排 工 作 温 度 急 剧 升 高．例 如‚当80mm× 10mm铜包铝扁排的电流密度从1∙26A·mm －2增大 为2∙06A·mm －2‚电流密度增大64％‚工作温度从 40℃升高至80℃． 从图中还可以看出‚当扁排断面结构和换热强 度一定时‚扁排所允许承载的平均电流密度随断面 尺寸的增大而减小．以温升60℃为例‚断面尺寸分 别为60mm×10mm、80mm×10mm 和100mm×10 mm 的铜包铝扁排所允许承载的平均电流密度为 2∙13A·mm －2、2∙06A·mm －2和2∙01A·mm －2‚相比 60mm ×10mm 扁排‚80mm ×10mm、100mm× 10mm的铜包铝扁排所允许的平均电流密度分别降 低3∙3％和5∙6％． 图3 平均电流密度与工作温度的关系 Fig．3 Relation of mean current density to operating temperature 3∙4 散热强度对工作温度的影响 当环境温度为 Th＝20℃、扁排承载的平均电 流密度为 J＝1∙5A·mm －2时‚包覆层面积比 SA＝ 20％‚包覆层均厚‚断面尺寸分别为60mm×10mm、 80mm×10mm和100mm×10mm的铜包铝扁排工 作温度和换热强度的关系如图4所示．从图中可 见‚随当量换热系数的增大‚扁排工作温度降低‚其 降低趋势逐步减小．在当量换热系数由5W·m －2· K －1增大为10W·m －2·K －1时‚80mm×10mm 扁排 的工作温度由84∙2℃降低为48∙9℃‚温升减小 35∙3℃；而当量换热系数增大为20W·m －2·K －1时‚ 工作温度降低至33∙8℃‚温升降低15∙1℃‚温升降 低的趋势明显减弱． 随当量换热系数的增大‚扁排断面积大小对温 升的影响减小．对60mm×10mm、100mm×10mm 的铜包铝扁排‚当量换热系数为 a＝5W·m －2·K －1 时‚扁排的工作温度分别为79∙6℃和89∙4℃‚两种 扁排的温升之差为9∙8℃；而当量换热系数增大为 a＝20W·m －2·K －1时‚扁排工作温度分别降低为 32∙8℃和34∙3℃‚温升之差减小为1∙5℃． 图4 散热强度与工作温度的关系 Fig．4 Relation of heat emission intensity to operating temperature 图5 载流量和工作温度的关系 Fig．5 Relation of current capacity to operating temperature 3∙5 铜包铝扁排和铜扁排性能参数比较 当环境温度为 20℃、当量 换 热 系 数 为 a＝ 10W·m －2·K －1时‚包覆层面积比 SA＝20％‚包覆 层均厚（δh＝δw）‚断面尺寸分别为80mm×10mm、 111mm×10mm的铜包铝扁排及80mm×10mm铜 扁排的载流量和工作温度关系如图5所示．从图中 可见：当铜包铝扁排和铜扁排的断面尺寸相同时‚以 温升60℃为例‚80mm×10mm铜扁排所允许的最 大载流量为1903∙4A‚而80mm×10mm铜包铝扁 排所允许的载流量为 1647∙6A‚约为铜扁排的 86∙5％；而111mm×10mm 的 铜 包 铝 扁 排 （ 与 80mm×10mm铜扁排的单位长度直流电阻相同）所 允许的载流量为2211∙1A‚与80mm×10mm的铜 扁排相比增加16∙2％．在单位长度直流电阻和载流 量相同的条件下‚铜包铝扁排工作温度低于铜扁排． 当载流量为 I＝1600A 时‚111mm×10mm铜包铝 第11期 罗奕兵等： 工作条件对铜包铝扁排导电性能的影响 ·1433·