二十一世紀以來,直流輸配電技術(shù)得到了空前的發(fā)展和長足應(yīng)用,大功率直流電源的快速發(fā)展,也對相應(yīng)的電器設(shè)備提出了更高要求。直流空氣斷路器,作為低壓開關(guān)電器的主導(dǎo)產(chǎn)品,主要用于故障隔離、開斷正常條件或非正常條件下的電流,并為負載提供保護。低壓配電系統(tǒng)廣泛采用塑殼斷路器為負載設(shè)備提供過載及短路保護,負責電路的正常接通及故障開斷。隨著電壓水平的不斷提高,現(xiàn)有的空氣直流斷路器受到了開斷容量等關(guān)鍵參數(shù)的限制,電弧快速、可靠熄滅變得極其困難,已經(jīng)不能滿足當前我國直流配電系統(tǒng)及工程應(yīng)用對斷路器大容量、小型化、長壽命的需求。因此,研究和掌握影響電弧調(diào)控的因素并找到行之有效的電弧驅(qū)動方式,以此來指導(dǎo)和改進直流空氣斷路器產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計,具有較好的現(xiàn)實意義。本文制作了直流空氣斷路器樣機并搭建開斷實驗平臺,在內(nèi)置產(chǎn)氣材料與外施磁場兩種驅(qū)弧條件下完成特定回路的開斷實驗,采集并分析了電弧的相關(guān)數(shù)據(jù)和動態(tài)電弧圖像。根據(jù)樣機模型,基于磁流體動力學(xué)(MHD)理論和相關(guān)假設(shè),運用COMSOL Multiphysics軟件建立了二維直流空氣斷路器電弧仿真模型。采用移動網(wǎng)格技術(shù)將滅弧室模型內(nèi)動觸頭的運動簡化模擬為勻速圓周運動,分別完成了不同大小磁場作用下的模型開斷電弧仿真,得到電弧變化的全動態(tài)過程。通過對比分析滅弧室內(nèi)各物理場、洛倫茲力、電導(dǎo)率分布對弧壓、弧流等電弧參數(shù)影響,揭示了電弧動態(tài)演變、“雙弧根”和弧根躍遷等現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因,并與同等條件的實驗結(jié)果進行了比對,論證了仿真模型的正確性。通過更改模型參數(shù)和入口邊界條件,仿真研究了不同壓強大小的氣流流入對空氣斷路器滅弧室內(nèi)電弧的影響,并于不同外施磁場時的電弧動態(tài)特性進行了對比;同時增大模型開斷的回路電壓,探究了模型在磁場驅(qū)動下開斷較大電壓回路時電弧演變過程。證明了本仿真模型具有良好的可拓展性,能夠?qū)崿F(xiàn)以仿真手段正確地指導(dǎo)斷路器滅弧室的設(shè)計和實驗的開展。仿真與實驗結(jié)果表明:本文模型較好地揭示了直流空氣斷路器滅弧室內(nèi)電弧發(fā)展的全動態(tài)過程,及電弧動態(tài)變化的各影響因素,從氣流和磁場兩方面探究了電弧驅(qū)動的有效手段,對于設(shè)計并改進斷路器內(nèi)滅弧室結(jié)構(gòu)有一定的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM561.2
【部分圖文】：

圖 2.1 電弧構(gòu)成示意圖Fig. 2.1 Schematic diagram of arc composition和近陽極區(qū)中間的電弧稱作弧柱，是因的帶電粒子（電子和離子數(shù)密度大于 10動態(tài)平衡，正負粒子的總電荷量也處在。由于空間電荷僅存在于弧柱區(qū)兩端的段導(dǎo)體，其內(nèi)電場強度相當?shù)停ㄐ∮跀?shù)小以及壓力、溫度等環(huán)境因素有關(guān)。，電弧可分為亮度較高的內(nèi)部弧柱部分，是電流的通道；外層光圈是分子受熱沒有形成電流通路。所以，理論上所說的關(guān)，如：電流大小、氣隙介質(zhì)種類、觸頭同環(huán)境因素下，電弧弧柱越粗其能量越

路器樣機改造與實驗平臺的搭建展開，完成了特定條件下的樣機開斷實結(jié)果進行了分析和總結(jié)。實驗所使用的直流空氣斷路器樣機經(jīng)由某型塑而來，進行了可視化處理；樣機接入直流阻性實驗回路；采用 Sony 相機攝動態(tài)電弧發(fā)展過程；采用基于 LabVIEW 軟件設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)l Instrument 公司的 USB6356 型高速采集卡實現(xiàn)對電壓、電流傳感器數(shù)過實驗平臺分別完成了內(nèi)置產(chǎn)期材料氣吹熄弧和外置磁塊磁吹熄弧條件等級的開斷實驗。流空氣斷路器樣機制作驗用直流空氣斷路器樣機是一種塑殼斷路器，其外殼為不透明硬質(zhì)塑料尾部設(shè)有出氣孔。為了觀測到電弧的動態(tài)發(fā)展過程，必須對樣機進行改大化程度保留其內(nèi)部的氣流場結(jié)構(gòu)不被破壞。如圖 3.1 所示，本文首先對，確定滅弧室觀測區(qū)域尺寸和位置，并定制了一塊5cm×4cm大小，厚度為弧室壁保持一致）的高透亞克力板。

圖 3.2 電弧觀測視窗Fig. 3.2Arc observation window電弧實驗平臺設(shè)計弧實驗平臺總體分為三大部分，分別是。圖 3.3 是實驗平臺示意圖，圖 3.4 是圖 3.3 實驗平臺示意圖ig. 3.3 Schematic diagram of experiment platfo
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本文編號：2888288