【摘要】：隨著電磁繼電器市場不斷向高電壓、大功率方向轉(zhuǎn)移,高性能(更高電壓等級、更大分斷電流)、高分斷可靠性、長壽命成為繼電器領域迫切的發(fā)展需求。本文通過理論計算和實驗研究深入分析了較大電壓電流條件下不同氣氛、不同橫向磁場和不同分斷速度下的電弧運動特性和分斷燃弧時間,為繼電器滅弧氣氛、分斷速度和橫向磁場的搭配以及繼電器結構設計提供了理論依據(jù)。本文基于分斷燃弧實驗的電壓電流波形計算了CASSIE模型動態(tài)電弧時間常數(shù),通過擬合得到了該值與氣氛物性參數(shù)、電壓電流條件的量化函數(shù)關系,選取最小電弧電流作為熄弧判據(jù),基于CASSIE模型計算了不同氣氛、不同電壓電流條件下的分斷燃弧時間,計算及預測結果表明在多數(shù)計算的電壓電流條件下,不同氣氛中分斷燃弧時間的大小順序為:H_2SF_6CO_2N_2AirO_2Ar。本文在經(jīng)典鏈式電弧模型的基礎上進行改進,將分斷燃弧過程分為短弧階段和弓形電弧階段,通過對電弧進行受力分析,基于CASSIE模型中的動態(tài)電弧時間常數(shù)的量化關系和改進后鏈式電弧模型,計算了分斷燃弧過程中電弧長度和高度,結果表明在本模型計算條件下,隨著電路功率增加,熄弧時電弧長度和熄弧時電弧高度呈現(xiàn)指數(shù)式增加。為驗證電弧運動的計算結果,本文在Air中開展了不同電壓電流條件、不同橫向磁場、不同分斷速度下的分斷燃弧拍攝實驗。實驗實測分斷燃弧時間和熄弧時電弧長度與計算結果有較高一致性,結果表明隨著橫向磁場的增大和分斷速度的提高,分斷燃弧時間減小,但不影響熄弧時電弧長度,在本實驗條件下,隨著電路功率增加,實測熄弧時電弧長度呈指數(shù)式增加。最后,通過拍攝的電弧運動圖像結合電弧電壓波形,分析了重擊穿現(xiàn)象和弧根跳躍現(xiàn)象,統(tǒng)計結果說明:隨著電源電壓升高,分斷燃弧過程發(fā)生重擊穿的概率增加,一次分斷操作中發(fā)生重擊穿的平均次數(shù)和陰陽極弧根跳躍的平均次數(shù)也增加。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM581.4
【圖文】：

xi—坐標軸 i 分量，Si—粘滯應力，J —電流密度矢量， ( , , )x y zJ J J J，B —電流產(chǎn)生的磁感應強度矢量， ( , , )x y zB B B B，extB —外加磁場磁感應強度矢量，a —網(wǎng)格加速度，h0—網(wǎng)格的焓，Kω—熱導率，Cp—定壓比熱容，γ—電導率，SR—通過輻射散失的熱量，η—黏度。吳翊，榮命哲[26]利用 MHD 模型計算了觸頭分斷過程中低壓 Air 電弧等離子體動態(tài)特性，得到了電弧弧柱的溫度場分布，如圖 1-1（a）所示，研究了不同分斷速度下弧柱電壓的變化過程，如圖 1-1（b）所示。M. Lindmayer 建立了低壓 Air 滅弧室中電弧的三維 MHD 模型，研究了外加磁場作用下電弧的運動過程和滅弧柵片切割電弧過程[27-29]，L. Schlitz 研究了平行電極間的靜態(tài)電弧特性和外加磁場對靜態(tài)電弧的影響，并基于能量平衡原理研究了器壁產(chǎn)氣對電弧的影響[30,31]。

圖 1-2.弧柱與觸頭相互作用示意圖HD 模型建立了電弧—觸頭雙向耦合模型，研究發(fā)和噴濺侵蝕及材料轉(zhuǎn)移特性隨時間的變化[32]，hy, M Tanaka 考慮金屬蒸汽的影響在假設電弧靜止頭表面的影響，計算的不同氣氛中比熱容、焓、 1-4 所示。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2736956