汽车继电器燃弧时间分析

燃弧时间是影响电弧能量的一个非常重要的参数.电弧的燃烧会造成触头熔焊、侵蚀等失效现象,进而影响继电器的工作可靠性和电寿命.分析了电流、电源电压、电路电感、触头材料和分断速度等是如何影响燃弧时间的,指出电流与燃弧时间之间呈指数或线性关系,分断速度与燃弧时间之间表现为负指数或倒数关系.     

电气参数和机械参数对继电器直流电弧的影响

电气参数和机械参数是影响小型继电器直流电弧开断性能的主要因素。在实验中改变电源电压、负载条件、继电器分闸弹簧数量以及触头对数,测量继电器开断过程中直流电弧的电压电流波形,总结电弧燃弧时间和能量的规律。研究表明:电源电压升高极大地提高了电弧燃弧时间和能量;电源电压一定时,电弧的燃弧时间和能量随电流的上升而增长;电压等级较低时,继电器分断初速度对燃弧时间和电弧能量的影响不大,电压等级较高时,速度对燃弧时间和电弧能量影响较显著;双组触点分断负荷相对于单组触点的情形大大减少了电弧的燃弧时间和电弧能量,有利于减轻电弧对触头侵蚀。     

直流接触器触头电弧侵蚀特性

触头开断过程中会产生电弧,从而导致触头表面被侵蚀,影响其电接触性能。由于直流供电系统不存在自然过零点,致使直流接触器触头受电弧侵蚀影响比交流接触器更加严重。为了研究电弧对触头的侵蚀作用,基于磁流体动力学理论,考虑电弧与触头之间的能量耦合,建立电弧-触头动态耦合模型,研究了电流等级和分断速度对触头电弧侵蚀特性的影响。仿真结果表明：近阳极区电弧温度高于近阴极区电弧温度;电流等级由20 A提高到30 A时,电弧温度和燃弧时间显著提高,燃弧能量增加75.93%,使得触头侵蚀更加严重;触头分断速度由0.1 m/s增加到0.2 m/s时,电压电流的变化率提高,燃弧时间和熔池体积减小,燃弧能量减少47.83%,电弧对触头的侵蚀作用降低。实验结果与仿真相吻合,验证了仿真模型的正确性。     

AgW60、CuW60与Cu触头材料在DC 270V/200A下对称与非对称配对时的电接触试验

利用触头材料模拟试验装置,在直流电压、电流为DC 270 V/200 A,环境气氛为CO2与N2的情况下,开展了AgW60、CuW60和Cu三种触头材料对称和非对称配对时的触头侵蚀量、接触电阻及分断燃弧时间试验研究。试验表明,触头侵蚀的材料转移方向随气氛改变而可能发生逆转,CO2和N2两种气氛中的触头材料接触电阻值差异较小,两种气氛中不同触头材料燃弧时间大小顺序基本一致。     

混合型真空限流断路器短燃弧短间隙下的介质强度恢复试验研究

介质强度恢复特性是制定新型混合型真空限流断路器分断策略和设计其换流参数的重要参考依据。该文搭建了合成试验平台,对直径45mm平板CuCr50触头的真空灭弧室在直流20kA、短燃弧、运动短间隙下的介质强度恢复特性开展了试验研究。在触头以平均速度为3m/s分离的过程中,针对不同的燃弧时间,在电流以约为220A/μs的速率下降、强迫过零后的不同时刻施加上升率约为400V/μs的测试电压,以获得对应燃弧时间的介质强度恢复特性。研究结果表明:在100μs的燃弧时间内,触头间隙的介电强度均能以很快的速度恢复到静态耐压水平;燃弧时间增大到320μs时,触头间隙的介电强度很久不能恢复;燃弧时间继续增长,触头间隙是否被击穿具有不稳定性。由此得到了断路器的设计原则:在100μs的燃弧时间内,增大燃弧时间可使触头承压时的开距增加,提高真空灭弧室电流过零后的电压耐受裕度。     

燃弧时间对混合型直流真空断路器分断特性的影响

利用可拆卸真空灭弧室,研究了直径45mm的Cu Cr50平板触头,在不同的燃弧时间下采用强迫换流法分断2~5k A直流的特性,通过高速摄像机对分断过程进行了拍摄。实验结果表明,分断引燃电弧的过程存在单弧柱和双弧柱两种情况。燃弧时间小于2ms,换流电流投入时,电弧有一定程度扩散但依旧为桥柱形状态。单弧柱情况燃弧面积小于电极表面,过电压作用下的重燃点多为原电弧引燃处;双弧柱情况电弧分布占据电极的面积增加,分断性能提高。燃弧时间大于2.5ms,换流电流投入时触头间隙中电弧已完全扩散且相对均匀,重燃点随机分布。结合前人对不同触头结构下电弧形态演化规律的认识,讨论得出横磁型触头结构适于直流分断的结论。     

继电器,微动开关触头燃弧时间与电弧能量关系的研究

在改变负载电流,时间常数等参数的情况下,用专用的微机控制与高速采集系统累计继电器与微动开关触头通断过程的燃弧时间与电弧能量。分析这些参数的变化对燃弧时间与电弧能量的影响。建立了分断过程的燃弧时间与电弧能量的关系式,并通过了试验验证。本文的目的是研究能否根据燃弧时间与电弧能量的大小来评价试品的性能。根据触头间释放电弧能量的总和相等的原则,探求快速等价试验的方法。     

低压电器用稀土合金触头材料的电性能测试

采用粉末冶金方法制备了新型银-稀土氧化物触头材料Ag/SnO2-La2O3-Bi2O3,并用电接触触点材料综合参数测试仪对其电性能进行测试。通过试验得到了燃弧能量、时间曲线。将结果与Ag/CdO的燃弧能量、时间曲线进行了对比。     

非对称配对触头材料的电性能试验研究

为进一步了解不同材料配对时触头电性能的优劣,本文开展了AgNi、AgCdO、AgSnO_2及其不同配对的抗熔焊能力、侵蚀量、燃弧时间等试验,利用SEM分析了材料表面成分变化规律。研究表明非对称配对触头在抗熔焊、抗侵蚀、燃弧时间等方面呈现"优化效应"、"劣化效应"、"中间效应"等多种模式。     

一种断路器开断燃弧时间检测新方法

准确测量断路器燃弧时间的关键是确定电弧的起弧时刻.根据断路器开断时开断电弧的模型,详细分析了断路器开断前后电流的变化过程和开断相角等因素对燃弧时间的影响,提出了一种基于暂态电流的燃弧时间检测方法.通过对线路发生故障后的部分故障线路的三相电流录波数据滤波后进行拟合,预测之后的电流变化,并与实际电流数据比较,求得电流畸变量.当畸变量大于设定阈值时,即可认为该时间点为断路器的触头始分点;断路器首开相的触头始分点即起弧时刻.开断完成的时间点即熄弧点为相电流小于设定阈值的时间点,末开相的熄弧点为熄弧时刻.起弧时刻与熄弧时刻之间的时间差为断路器的燃弧时间.利用电磁暂态分析程序EMTP仿真证明了该方法的可行性和较高的可靠性.     

交流接触器触头材料电性能模拟试验研究

触头材料的电性能是决定交流接触器电寿命的关键。应用开发的电性能模拟试验装置,以电寿命试验方式比较了AgSnO_2和AgCdO触头材料的燃弧时间、燃弧能量和接触电阻,进而应用SEM/EDX和光学显微镜观察分析了材料表面和断面的微观烧蚀状态,以及产生的物理机理。     

真空直流开断固有介质恢复强度研究

为研究直流开断过程中触头开距、燃弧时间及电流过零时的di/dt对真空开关开断能力的影响,对真空开关分断之后的固有介质恢复强度进行了测量,即不加恢复电压下触头间隙介质的自由恢复过程。文中设计了永磁–斥力混合式快速机构,并采用转移强迫过零开断的方法,在合成回路实验系统中进行了真空小电流直流开断。搭建了用于测量弧后固有介质恢复强度的高压脉冲产生电路,在电流过零之后采用单电源高压脉冲放电法测量了不同触头开距、不同燃弧时间及不同di/dt下的触头间隙的固有介质恢复强度。研究结果表明:该文实验条件下的直流开断过程中存在一个临界开距,在此开距范围内,选择较快的分断速度和较短的燃弧时间,能够提高电流过零后电极间隙的固有介质恢复强度。同等开距同样的燃弧时间下,选择较低的反向电流过零频率能够提高电流过零后的固有介质恢复强度。     

新型强迫换流型限流断路器真空介质强度的恢复特性

为了保证新型强迫换流型真空直流限流断路器关断短路电流的可靠性,对该型断路器分断过程的真空介质恢复特性进行研究。设计了与断路器关断过程等效的介质恢复试验方案,通过等效试验结果和理论推演公式的拟合,得到了新型强迫换流型限流断路器真空灭弧室触头打开过程的动态介质强度恢复规律。研究结果表明:减小燃弧能量、提高触头运动速度可提高真空灭弧室介质的临界击穿电压;综合考虑燃弧时间与燃弧能量及触头开距的关系,随着燃弧时间的增加,真空灭弧室临界击穿电压先减小后增大。所得介质恢复规律可以作为新型断路器优化设计的参考依据。     

继电器寿命终了时分断过程中的熔焊现象

触点熔焊是继电器最为严重的故障形式之一。笔者对两种实验样品商用继电器和触点模拟试验装置进行了大量电接触实验,分析了触点熔焊前分断燃弧时间的变化规律,指出熔焊的发生具有随机性和突发性,熔焊发生前分断燃弧时间比较稳定,单纯从分断燃弧时间上很难预测熔焊的发生时刻。最后得出熔焊既可以发生在触头闭合过程,也可能发生触头分断过程。     

CuW与CuCr等触头材料在DC270V/100A下非对称配对时的电接触实验研究

本文利用触头材料模拟实验装置,在直流电压电流为DC270V/100A,环境气氛为空气与氮气的情况下,开展了Cu Mo85、Cu W70和Cu Cr50三种触头材料对称和非对称配对时的触头抗熔焊能力、分断燃弧时间及侵蚀量实验研究。实验表明,Cu W材料具有很好的抗熔焊能力,但其燃弧时间和抗侵蚀能力不一定有优势,各种材料配对在空气中的燃弧时间、侵蚀量及抗熔焊能力大小顺序与氮气中存在较大不同。     

变压器试验技术(20)

(5)切换状态的判定 在负载切换中,燃弧时间的长短是考核触头电气寿命的唯一标志.IEC标准及国标规定燃弧时间应小于12ms.因此必须对燃弧时间进行测量,而且必须准确可靠,并最终确定试验全过程没有变化.     

直流真空电弧强迫开断电弧形态

随着航空270V直流系统的应用,直流开关的需求逐渐增加。现阶段直流开关大多为空气开关,其开断容量较小,使用真空开关将对于提高开断容量具有一定优势。针对航空270V直流用短间隙真空灭弧室进行高频开断实验,研究了直流强迫开断的电弧电压、电流特性,分析了回路参数对直流强迫开断中平均电流变化率di/dt和弧后过电压dv/dt的影响。通过相同开断实验电流、相同电流变化率、不同触头结构情况下开断实验,分析了电弧直径动态特性。强迫熄弧过程中,平板触头电弧直径逐渐减小,纵磁触头电弧直径变化较小并在熄弧前迅速变化。针对不同电流实验,随电流升高电弧直径略有增加。起弧阶段,平板触头电弧直径随燃弧时间呈对数函数增加,而纵磁触头电弧直径基本保持不变。拟合得到平板电弧起弧时直径变化函数,随燃弧时间延长,平板触头电弧直径逐渐增大至大于纵磁触头电弧直径。     

横磁触头真空电弧起始运动的临界触头开距实验研究

起始桥柱状真空电弧运动的临界开距是对应于横磁触头大电流真空电弧运动模式演变的标志性物理量,对横磁触头真空断路器大电流开断性能具有重要影响。本文的研究目标是实验研究横磁触头开槽方式、燃弧时间和电弧电流等因素对横磁触头起始桥柱状真空电弧运动临界开距的影响规律。研究结果显示在燃弧时间0 ms~10 ms、电流有效值5 kA~31.5 kA的实验条件下,3种结构的横磁触头的起始桥柱状电弧有越靠近电流峰值起弧,停滞时间越长的趋势。直角槽型卐字形横磁触头（CuCr40）、螺旋槽型横磁触头（CuCr25）和曲线槽型卐字形横磁触头（CuCr50）的电弧运动临界开距分别在0.96,1.1 mm 和1.7 mm有概率最大值点。相关研究结果对横磁触头大电流真空电弧的发展和演变特性的理解提供基础。     

低压交流阻性负载条件下AgSn02触头材料抗电弧侵蚀性能研究

利用小容量触头材料试验与测试系统,在低压交流50Hz、220V、15A、纯阻性负载条件下,对分别采用混粉、化学和雾化工艺制备的添加WO3.、Bi203.、CuO或In203微量添加剂的8种AgSnO2触头材料进行了45000次连续通断试验,并对试验过程中的燃弧能量、熔焊力、燃弧时间、静触头温度和接触电阻等参数进行了测量;采用电子分析天平称取了试验前后动、静触头的质量,采用SEM和EDS观察和分析了8种AgSnO：铆钉触头试验后的表面形貌与特殊区域的微区成分;探讨了制备工艺和微量添加剂对AgSnO：触头材料抗电弧侵蚀性能的影响。     

交流接触器触头材料电性能的分析

电触头的性能直接影响着接触器的可靠运行。利用电接触触头材料综合参数测试仪对交流接触器触头材料的性能进行测试。通过试验架台模拟触头在闭合、开启过程中触头的动态变化,得到了打开、闭合时的燃弧能量、时间曲线,接触电阻、弹跳次数和熔焊力曲线。通过试验确定各种因素对交流接触器触头材料性能的影响。