低压断路器开断模型研究历程及现状分析

开断能力是考核低压断路器性能的关键指标,通过数值计算的方法建立低压断路器的开断模型,对于预测产品性能、提高产品设计质量及降低产品生产成本具有重要的意义。但是,由于开断过程的复杂性,目前对于其数学模型的建立仍有许多问题未解决,特别是开断过程的多场域耦合问题一直是该领域研究的热点和难点。对低压断路器的电弧数学模型以及开断过程的耦合计算模型进行全面分析,研究成果对于全面回顾相关领域的研究历程和现状、展望未来发展趋势具有借鉴意义。     

一种考虑弧根运动数学描述的低压断路器开断数学模型

利用开断模型分析低压断路器的开断过程,对于预测产品特性,提高产品质量,降低产品成本具有重要意义。提出一种描述低压断路器开断过程的新型建模方法。该方法建立了开断过程弧根在各种形状电极表面的运动描述,通过对多体动力学软件ADAMS进行二次开发,将3层物理结构的链式电弧模型与复杂机械运动相耦合,结合弧根运动描述,实现了链式电弧模型、复杂机械运动、弧根运动数学描述、电磁场和电路瞬态的多场域耦合,可用于不同开断条件下,低压断路器从脱扣、触头斥开、机构运动、电弧产生、电弧运动和电弧熄灭的完整过程。     

低压断路器电弧仿真研究

低压断路器是低压配电系统最为关键的保护和控制设备,低压电弧的数值仿真对于优化低压断路器的设计,提高其开断性能具有重要意义.给出了目前广泛应用的磁流体动力学电弧仿真模型的基本方程,从电弧转移、栅片切割、辐射、湍流等方面对现有的低压断路器仿真工作进行了回顾和总结,并对小型断路器、塑壳断路器等产品中的电弧仿真进行了介绍.同时指出了现有电弧模型存在的问题,给出了低压断路器电弧仿真今后的发展方向.     

电动斥力作用下低压断路器分断特性的研究

基于多体动力学原理,建立低压塑壳断路器操作机构的仿真模型,并通过试验验证模型的正确性.依据电场、磁场、斥力之间的关系,建立了低压断路器分断过程中电动斥力的数学模型,通过计算不同电流和触头转角下导电回路的洛仑兹力,应用二元三次插值技术分析电动斥力.并且通过ADAMS二次接口的自编程实现了电路方程、电磁场和机构运动方程的耦合求解.结果表明,由于电动斥力的作用,加快了断路器的分断,低压断路器在预期短路电流10kA下,机构的动作时间比空载时缩短了1ms.     

低压断路器中金属蒸气对电弧过程影响的仿真研究

建立了三维的低压断路器开断过程中,空气电弧运动及栅片切割数学模型,通过仿真研究栅片的切割过程并模拟了电弧的运动,获得了烧蚀情况下的电弧电压曲线;同时,经过切割过程相应的试验研究,利用简化装置观察了电弧的动态影像。     

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。     

基于Matlab电弧模型低压断路器仿真

通过对低压断路器实验数据进行分析,在matlab中利用最小二乘法计算出Mayr电弧模型的相关参数,并利用Simulink建立简化的低压断路器开断短路电流的模型。仿真所得的结果与实验数据相比较接近,表明该方法对低压断路器开断动作的定性分析有一定参考价值。     

低压断路器开断特性的仿真研究

低压断路器广泛应用于工业与民用。现代化的电器研究需要利用计算机求解获得以前依靠实验才能获得的开断波形及性能参数 ,以用于新产品开发、优化设计及模拟实验。建立了基于磁流体动力学的低压断路器开断电弧模型 ,结合对电磁机构动特性的有限元分析 ,计算仿真了低压断路器的开断。结合可视化技术 ,研究了低压断路器开断的可视化仿真。     

低压断路器气吹灭弧的研究历程及现状分析

开断能力是考核低压断路器性能的关键指标。对于利用空气等流体作为灭弧介质的断路器来说,气吹灭弧在很大程度上影响电弧的运动情况,成为影响整个开断过程的主要物理过程之一。由于气吹灭弧过程的复杂性,目前对于其数学模型的建立仍有许多问题尚未解决,特别是与低压断路器开断过程的其他场域相耦合的问题,一直是相关领域研究的热点和难点。围绕低压断路器气吹灭弧的研究历程及其发展现状进行全面分析。     

低压断路器中电弧运动形态的观察

低压断路器开断中电弧的运动影响断路器的开断性能。通过对电弧运动的观察有助于更好地理解电弧的原理及对断路器进行改进。本文介绍利用高速摄像机对低压断路器开断中的电弧进行观察,并拍摄到低压断路器背后转移中的电弧运动图像。     

分离极板法对开断电弧动态信息的测量研究

为更好地了解电弧的特性,对断路器进行改进,提出了使用分离极板法对低压断路器开断电弧的动态信息进行测量,并对新型强限流断路器的分断特性进行了研究。该研究有助于深入了触电弧特性,改进断路器的分断性能。     

低压电器仿真与数字化设计技术的进展

实现节能减排要求开发小尺寸、高性能的低压电器,也促进了仿真与数字化设计技术的进展。当前低压电器的仿真技术正向多场域综合仿真、磁流体动力学电弧数学模型的应用、低压断路器分断全过程仿真等几个方面发展,并严格按国家标准要求进行;最后用实例辅以证明。     

混合断路器大电流开断过程中真空电弧与SF6电弧相互作用的仿真

真空断路器和SF6断路器串联的混合断路器,可有效利用真空和SF6气体两种介质不同的灭弧特性实现更大短路电流的分断。为研究两种电弧的相互任用,运用ATP软件及其TACS工具建立了系统实验仿真平台、12kV真空断路器与40.5kV SF6断路器的电弧模型;将仿真结果与实验波形结合通过数学方法分别求得实用的真空电弧和SF6电弧模型参数;搭建了实用真空电弧模型与SF6电弧模型串联的混合断路器模型。通过设定不同的系统仿真参数,研究开断过程中真空电弧和SF6电弧的相互作用及真空断路器与SF6断路器的分压关系;分析两断路器不同时刻分断的协同特性与介质恢复过程;量化研究混合断路器的断流容量增益特性。仿真结果证明,真空断口首先承担恢复电压有利于SF6断口的介质强度恢复;两断口间的电压分布关系主要由电弧电阻与断口间电容决定;在不增加SF6气体使用量的情况下混合断路器具有比SF6断路器更大的断流能力。研究结果为大容量混合断路器的设计提供了理论依据。     

Comparing direct and synthetic tests for interruption ofline-charging capacitive current

Using a validated arc model, this paper analyzes current distortion and voltage waveforms during both direct and synthetic tests for interruption of line-charging capacitive current by power circuit breakers. Although the voltage of the electric arc drawn between breaker contacts may produce significant current distortion, it is demonstrated that the most significant parameter affecting the breaking capacity of power circuit breakers in capacitive-current switching tests is the voltage jump appearing across breaker contacts immediately after current interruption. It is essential to correctly define the supply circuit impedances and the associated voltage jump so as not to reduce or increase this test severity unduly     

无弧限流式混合断路器

本文介绍一种名为混合限流式断路器（Ｈ－ＣＬＩＤ）的简化的直流／交流混合断路器。当主触头处于闭合位置时其两端的电压与机械式断路器为同一数量级,然而限流能力和电流分断能力却几乎与强迫换流的无触点晶闸管断路器相同。和可实现接通和分断功能的混合断路器相比,Ｈ－ＣＬＩＤ的设计却简化多了。在Ｈ－ＣＬＩＤ中使用了可更换触头,这样Ｈ－ＣＬＩＤ又相当于一个熔断器。开发了两个Ｈ－ＣＬＩＤ模型,一个为物理模型,其额定参     

低压断路器瞬态电热分析技术研究

研究了低压断路器瞬态电热分析的仿真计算方法,考虑集肤效应导致的电流非均匀分布和表面散热系数,重点分析了触头接触、带镀层导体、接线端以及连接导线或者母排等环节的接入电阻计算和仿真等效建模.利用有限元软件建立了低压断路器大电流短时间加热的瞬态仿真分析模型,分析了导电回路触头和母排温度变化,并用试验验证了该方法是可行的.     

SF6断路器空载介质恢复特性数值模拟中的耦合计算方法

SF6高压断路器空载下介质恢复特性的数值模拟取决于液压操动机构的输出动力特性、开断过程中灭弧室内气流场的分布以及电场总分布.传统方法对介质恢复特性的数值模拟是先分别对上述三部分进行数值计算,然后根据三部分的数值计算结果计算介质恢复特性.本文以介质强度的计算为纽带,将三者联系起来,首先建立了对介质恢复特性进行数值模拟的耦合方程,然后在液压机构操动力的驱动下,对每一行程步距通过耦合方程,计算每一步距下的液压操动机构的输出特性、灭弧室内气流场与电场的分布及介质恢复强度,最后求得全行程下的介质强度恢复特性.通过空载开断过电压的校核,证明所求得的介质恢复特性满足对该断路器空载开断能力的要求.     

小型断路器灭弧室气流场分析与设计应用

断路器产品的灭弧室结构设计对有效灭弧至关重要。针对某小型断路器产品灭弧室设计,建立简化三维气流仿真模型,并进行气流场动态仿真。结合试验观测,定性分析了电流分断过程中弧根停滞与气体回流等现象。在此基础上,对小型断路器灭弧室出气口进行了仿真分析与设计改进,有效改善了灭弧室气流特性,提升了小型断路器分断性能。