一種小型化矩形高壓電連接器的結構設計

程德帥 石承偉 李巖 王佩

摘 要：隨著用戶對高壓電連接器可靠性要求的越來越高，對安裝空間要求亦越小越好，文章介紹了為用戶設計定制的一種6芯10kV的小型化高壓電連接器，并利用ANSYS軟件對產(chǎn)品場強分布進行仿真，計算絕緣電阻來驗證結構的合理性。

關鍵詞：高壓電連接器；小型化；ANSYS仿真；場強分布；絕緣電阻

中圖分類號：TM503.5 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）34-0093-02

Abstract： With the increasing requirement for reliability of high voltage connectors and the smaller installation space， this paper introduces a miniaturized high voltage connector with 6 cores of 10 kV， which is designed and customized for users. The ANSYS software is used to simulate the field strength distribution of the product and calculate the insulation resistance， so as to verify the rationality of the structure.

Keywords： high voltage connector； miniaturization； ANSYS simulation； field strength distribution； insulation resistance

1 概述

電連接器是電子系統(tǒng)中電信號傳導的基本組件，對于特定的系統(tǒng)和發(fā)射機而言，安裝空間往往有限，耐電壓是關鍵指標，但結構越小越難實現(xiàn)高耐壓。本文針對用戶的特定需求，設計小型化水平安裝矩形高壓連接器。該連接器節(jié)省設備空間，具有良好的耐電壓性能，保證整個系統(tǒng)的正常運行。

2 連接器指標要求

產(chǎn)品工作電壓為10kVdc，介質耐電壓設計為15kVdc，絕緣電阻≥5000MΩ。

3 結構設計

3.1 總體結構設計

小矩形小型化高壓電連接器插合總長約32mm，插頭外形尺寸僅為：長×寬×高=22mm×12mm×21mm，插座外形尺寸僅為：22mm×12mm×23mm，接觸件為6芯，3行2列交錯排列，水平安裝，螺釘緊固，如圖1，插頭和插座插合，帶動接觸件插合，實現(xiàn)電氣連接。產(chǎn)品采用高性能絕緣材料以及插合界面密封設計結構，從而有效地阻斷了氣隙通路，達到了耐高電壓的目的[1]。

3.2 插合界面設計

如圖2所示。插合界面通過圓孔和圓柱密封。插座殼體有六根凸起圓柱，插頭軟安裝板設計有圓孔。圓柱材料為硬質塑料，圓孔材料為硅橡膠。連接器插合時，圓柱直徑和長度均大于圓孔，軸向和徑向會產(chǎn)生彈性壓縮，阻斷氣隙通路，在海平面及低溫低氣壓條件下，都具有良好的耐電壓性能。

4 耐電強度分析仿真

彈性密封絕緣材料采用硅橡膠，它具有很高的介電強度、極好的耐電暈能力，是很好的界面密封材料。我們對絕緣材料界面的耐電強度和場強分布進行仿真[3]，結果如圖3所示。由仿真結果可知，最大場強分別為：1.4913×107V/m（芯對芯）和1.5015×107V/m（芯對地），小于硅橡膠材料的介質強度為2～3×107V/m和PEEK材料的介質強度為2.4×107V/m，結構設計是合理的。

5 絕緣電阻計算

接觸對間的絕緣電阻是絕緣材料的體積電阻和表面電阻的并聯(lián)。絕緣電阻應保持較高數(shù)值。在潮熱環(huán)境使用時，應選擇吸濕性小的絕緣材料[4]。產(chǎn)品絕緣材料采用PEEK-GF30，結構如圖4，計算過程如下。

根據(jù)公式：R=RV·RS/（RV+RS），式中：體積絕緣電阻RV=ρV·d/S，表面絕緣電阻RS=ρS·b/s；ρV-絕緣材料體積電阻系數(shù)，查手冊得ρV=1016Ω·m；ρS-表面電阻系數(shù)，查手冊得ρS=1013Ω·m；s-導體間相對應的面積，本產(chǎn)品為3.2×10-5m2；b-導體間絕緣材料表面的最短距離，本產(chǎn)品為3.6×10-3m；d-導體間絕緣材料內的最短距離1.6×10-3m；計算可得：R=RV·RS/（RV+RS）=1.1×1015Ω>1000MΩ。

通過理論計算可知，產(chǎn)品材料選擇是合理的，滿足設計要求。

參考文獻：

[1]蘇太東.DH型矩形高壓連接器的設計[J].機電元件，2011，14（2）：1-2.

[2]黃志新.ANSYSWorkbench16.0超級學習手冊[M].北京：人民郵電出版社，2016：83-88.

[3]袁仕能.高壓電氣設備絕緣預防性試驗及影響研究[J].企業(yè)技術開發(fā)，2017，36（4）：2-3.