小电流下弧根运动对空气直流电弧的影响

阴极弧根为电子发射的主要区域，弧根的运动对空气直流电弧等离子体特性有重要意义。通过电极旋转驱动阴极弧根运动，实验观测得到电极旋转情况下空气直流电弧拉弧过程电极表面烧蚀情况、扭曲的弧柱形态，同时提取并对比了直线拉弧和旋转拉弧的电弧电压上升曲线。参照临界电流试验条件，建立小电流下平行电极间三维电弧仿真模型，探究在小电流情况下，自由燃烧态电弧的演变过程。仿真结果表明：阴极弧根运动使得发射后极间带电粒子空间分布变化，间隙放电通道改变，电弧的最大温度值降低；当电弧放电通道不稳定时，极间电弧电压出现波动，电弧能量包络空间相对变小，间隙中高能粒子较少，有利于电弧能量的空间逸散。     

轴向磁场对焊接电弧作用的数值模拟研究

采用耦合阴极模型模拟轴向磁场对焊接电弧的作用,分析了轴向磁场对焊接电弧位形的作用机制。计算结果显示,随轴向磁场增加:阴极弧根收缩;阴极附近等离子体温度升高,高温核心径向增大,弧柱收缩程度增加;阳极附近弧柱径向张开,中心温度降低;阳极表面电流密度和压力分布呈环状结构;阳极加热面增大,极值温度降低,出现温度平顶;电弧对阳极的传热量增加。分析认为,轴向磁场与电弧径向电流间的Lorentz力作用使近阳极区电弧旋转流动,产生磁抽吸作用,使阴极弧根和近阴极弧柱收缩,而阴极弧根收缩增强了阴极射流,并且抑制近阳极区电弧扩张。     

高压直流继电器电弧运动仿真分析与实验研究

电弧是影响高压直流继电器性能的重要因素,研究电弧运动特性及其灭弧措施对提高其电寿命和可靠性具有重要意义。该文基于磁流体动力学(MHD)建立了高压直流继电器电弧等离子体的三维数学模型,对不同外加磁场、不同银蒸气浓度和增设纵向绝缘栅片条件下的电弧运动进行了一系列的仿真计算,得到不同条件下的电弧电压;通过计算弧根的位置坐标对电弧运动进行表征,得到弧根运动曲线。利用高速摄像机拍摄燃弧过程,对仿真结果进行验证。结果表明,触头烧蚀产生的银蒸气不利于电弧的熄灭并阻碍电弧运动;外加磁场作用下触头断开后的一段时间内,电弧在较小范围内做随机运动,是造成烧蚀的主要阶段,增大外加磁场有利于缩短随机运动时间;增设纵向绝缘栅片将提高电弧电压,加快电弧的熄灭。     

低压断路器中空气电弧运动的仿真及实验研究

以磁流体动力学(MHD)为基础建立了三维空气电弧等离子体在外部磁场作用下运动时的数学模型。考虑到阴极和阳极各自的特点,提出了更加合理的电流分布边界条件;采用一种与电弧等离子体自身电导率密切相关的方法确定电弧的弧根位置。利用基于有限容积法的商业软件对上述模型进行求解,并利用高速数字摄像机进行了相关的实验,对仿真结果进行验证,充分证明模型的有效性,揭示了空气电弧在外部磁场作用下,在低压断路器的灭弧室中的运动规律,并指出压力波在灭弧室中的传播和反射是产生这种运动规律的原因。此外,对阴极喷流所形成的双漩涡和电弧等离子体后部的“尾巴”这2种物理现象进行了详细的描述。     

不同磁场条件下直流接触器电弧开断特性的仿真研究

直流接触器是实现分断、功率切换以及故障保护等功能的关键器件。文中以某直流接触器为例,建立了直流接触器氢气电弧特性仿真的二维磁流体动力学模型,该模型综合考虑了外部负载电路、触头运动以及非均匀外部磁场等因素对接触器电弧特性的影响,仿真研究了不同磁钢厚度下密闭式直流接触器内电弧开断过程中的电流电压变化曲线以及温度场分布。研究结果表明,在不同磁钢厚度的非均匀磁场作用下,450 V/400 A、充气压力为4 atm(1 atm=101 kPa)的直流接触器内部电弧的燃弧时间有所不同,并且随着磁钢厚度增大,磁场强度变强,燃弧时间缩短,磁钢厚度为5.5 mm时的燃弧时间最短。     

特高压输电线路潜供电弧的燃弧特性

为研究潜供电弧的燃弧时间及其运动特性特性,建立了特高压输电线路潜供电弧低压模拟试验平台。该平台由潜供电弧低压模拟试验回路、基于电荷耦合单元图像传感的高速光学成像系统、基于电容分压的潜供电弧电压测量系统、基于Hall效应的潜供电弧电流测量系统等组成。对未补偿、欠补偿、过补偿3种工况下的潜供电弧进行了试验,得到了潜供电弧典型运动图像及其同步电压、电流波形。试验结果表明:潜供电弧阴、阳极弧根运动特性不同,但都具有极性效应;且该运动特性会对电弧电流、电压特性造成影响。阳极弧根跳跃或弧柱短接时,电弧两端电压将出现骤降;新的阴极弧根激发时,潜供电弧电流增大。潜供电弧发展后期,存在2种不同的熄弧情况:一种为稳定燃烧,电流过零自然灭弧;另一种为短暂熄灭,经过数ms的延时,弧道击穿,电弧重燃,此后快速灭弧。加速潜供电弧通道等离子体的去游离过程有助于电弧的快速熄灭。     

一种热等离子体发生器电源的研制

等离子体因其高温高导热特性对污染物有很高的处理效率,尤其是对难处理污染物及特殊要求污染物。直流拉弧放电是产生热等离子体的主要方法之一,通过高频变压器和电压电流反馈装置可得到满足电弧伏安特性的直流大电流,由此可通过电弧放电获得稳定高效的等离子体源,在污染烟气处理等领域有良好的应用前景。通过利用IGBT逆变技术来获得适于环保、焊接等应用的直流大电流,研制成能产生0-30A电流的直流等离子体发生器。     

一种热等离子体发生器电源的研制

等离子体因其高温、高导热特性,对污染物有很高的处理效率,尤其是对难处理污染物及特殊要求污染物。直流拉弧放电是产生热等离子体的主要方法之一,通过高频变压器和电压电流反馈装置可得到满足电弧伏-安特性的直流大电流,由此可通过电弧放电获得稳定高效的等离子体源,在污染烟气处理等领域有良好的应用前景。本文通过利用IGBT逆变技术来获得适于环保、焊接等应用的直流大电流,研制成能产生0-30A电流的直流等离子体发生器。     

双弧室磁控空气等离子体炬电弧特性的实验研究

应用于等离子体风洞、固废处理的电弧等离子体炬需要具备高功率、宽范围变功率、使用空气作为气体工质和电极寿命长的特点,针对基于这种需求设计的一种磁控双弧室空气等离子体炬展开实验研究,通过电特性实验和数据归纳获得了气流、电流和气流量分配比等参数对弧电压变化的影响规律与高精度的定量关系式。通过烧蚀实验研究了在不同的气流、电流和气流分配比条件下,弧斑在轴线上的运动规律,实验结果表明气体的流动状态决定了弧斑的轴向位置,改变流量分配系数能够明显改变内电极上弧斑在轴线上的位置。利用超高速相机拍摄了电弧周向运动过程,获得了电弧的周向转速,并通过图像分析获得了电弧稳定工作状态下存在的脉动和微小尺度分流过程和规律。     

直流航空等离子体点火器射流特性分析

为研究航空等离子体点火器的射流特性,对自行设计的直流航空等离子体点火器进行射流特性实验,其中等离子体电源直流输出电压保持24 V不变,以排除电压的影响。采用光谱仪测量了氩气等离子体射流在点火器出口的发射光谱,利用玻尔兹曼曲线斜率法计算了射流的电子温度,并通过电离平衡方程计算了射流气体温度,测得了点火器出口射流的长度、电子温度和射流温度随弧电流以及体积流量qV的变化规律,为等离子体点火在航空发动机燃烧室中应用奠定技术基础。实验表明:弧电流随着qV的增大而减小;出口射流长度随弧电流的增大而增大,并且随qV的增大而先增大后减小;出口电子温度、射流温度随弧电流的增大而升高,随qV的增大而降低。另外讨论了在航空等离子体电弧射流中是否可以使用电子温度来代替射流气体温度。     

几种毛细管等离子体电弧起弧方法与比较

介绍了高压击穿法、多极触发法、熔丝熔爆法、活塞起弧法 4种毛细管等离子体电弧的工作原理及各自特点 :高压击穿法利用分级供电脉冲电源技术实现了电源小型化 ;多极触发法利用同轴结构优势 ,中间电极担当触发和开关角色 ,主放电回路起放大作用 ;熔丝熔爆法在两电极之间用金属线或箔连接 ,起弧电压低 ,易于起弧 ;活塞起弧法利用活动电极充当回路开关 ,电源所需电压较低。除熔丝熔爆法外 ,其它 3种方法都可重复使用 ,使用时根据需要选择。比较而言 ,多极触发起弧法可控性和重复性都较好 ,用途广泛     

低压电弧故障的研究与分析

阐述了低压电弧故障检测的研究背景意义、内容成果及发展。介绍了电弧、电弧故障及电弧故障断路器的概念。分析了低压电弧故障的产生、分类及一般特征。分别讨论了系统电压、系统电流、PVC绝缘电缆以及绝缘温度等级对电弧故障产生火灾的影响。     

低压断路器灭弧室中磁驱电弧的数学模型

针对低压断路器灭弧室中的磁驱电弧建立了链式电弧数学模型。模型中结合激波理论研究了电弧的运动,并利用控制容积法结合能量平衡方程对电弧的径向温度分布进行了计算。结果表明,应用这一电弧数学模型可以准确的模拟电弧的开断过程,方便地计算电弧的特性参数。     

电弧电压及燃弧时间的分析研究

本文根据电弧基本理论，对银基触头材料开断电阻性负载的电弧电压及燃弧时间进行了实验研究，通过分析比较得出，开断电流越大，燃弧时间越长，电弧电压的变化遵循交流电弧的伏安特性的结论。     

A method for determining the time constant of a welding arc

A comparison of methods for determining the time constant of an alternating-current welding arc is given. The method for determining the time constant using the harmonic composition of the arc voltage is proposed.     

电弧电压测试中消除断路器内部导电回路压降方法的研究

通过对国内外消除断路器内部阻抗压降方法的研究和分析 ,认为用硬件方法消除内部导电回路压降对电弧电压测量的影响存在不合理因素。本文提出了一套软件处理新方法 ,它的有效性和实用性在高压电器实验室得到了验证     

低压断路器中空气电弧重击穿现象的仿真与实验研究

低压断路器用于接通和分断电路中的电流。当故障电流产生时，动触头和静触头打开，在触头间产生电弧，随后在电磁场和气流场的作用下向灭弧栅片运动。在运动过程中会出现电弧的停滞和后退的重击穿现象，严重降低了断路器的开断性能。该文以磁流体动力学(MHD)为基础建立了三维空气电弧等离子体在外部磁场作用下运动的数学模型，此模型可以预测电弧的重击穿现象，并发现当灭弧室的出口面积为60%时，电弧在3mT磁场的作用下运动时出现了重击穿现象，而当磁场增大到5mT时重击穿现象消失。此外，还发现当磁场为10mT时，在出口面积分别为20%、60%和100% 3种情况下电弧均可以顺利到达栅片，在运动的过程中没有电弧重击穿现象的发生。     

真空电弧电压与电弧形态关系的实验研究

在可拆卸式真空灭弧室中对平板式电极进行了试验,通过高速电荷耦合器件(CCD)摄像机拍摄的电弧形态照片及示波器记录的电弧电压波形,研究了真空电弧的电弧电压与电弧形态的关系。作为对比,也对杯状纵磁触头进行了一些试验。     

Effect of polymer ablation gas on arc quenching properties around current zero

The influence of polymer ablation on arc properties such as the temperature distribution and arc conductance in the current decay process was investigated by numerical approaches. A numerical thermofluid model was developed for a simplified circuit breaker with POM or PTFE ablation. In this model, thermal plasma‐polymer solid coupling phenomena such as melting and evaporation were taken into account without any empirical model based on measurements, unlike other existing numerical thermofluid models. The dominant process for the decay of arc conductance was examined by changing the thermodynamic parameters such as the melting and boiling temperatures of solid polymers, or the thermal conductivity and electrical conductivity of the ablation gas. It was found that the gas density, thermal conductivity, and electrical conductivity of the ablation gas were more effective for decaying arc conductance than any other thermodynamic parameters. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 180(3): 32–45, 2012; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.22274     

大尺度磁分散电弧等离子体位形的静电探针诊断

磁旋转电弧可以产生大面积均匀等离子体:磁分散电弧等离子体。利用快速移动水冷静电探针对大气压氩弧磁分散电弧等离子体进行了诊断,得到发生器弧室内的电子温度分布、电弧位形以及等离子体波动等信息。诊断结果表明:等离子体弧柱区呈圆盘状,并在轴向有较大扩张,弧柱区下游等离子体波动较大,为等离子体云与冷气团混合所致。将探针诊断结果与采用热力学平衡模型的数值计算结果比较,发现2者具有相似的等离子体位形,但实验测量得到的电子温度更高,等离子体分布范围更广。分析认为,这种差异可能是等离子体偏离局域热力学平衡和等离子体的不稳定性造成的。