基于彩色摄像和光谱分析联合测温方法的电弧温度场分布测量

温度是描述电弧物理特性的关键参数,掌握电弧温度分布随时间变化的规律对分析电弧燃烧机理及其对触头的烧蚀过程具有重要意义。利用彩色高速摄像机和光谱分析仪进行联合测温,得到电弧温度场空间分布随时间的变化规律。通过开距可调的电弧发生装置产生稳态电弧,进行测温系统标定,得到了稳态电弧温度场分布。在此基础上研究了不同稳态电流下电弧温度场分布,得到了电流对于标定系数及电弧温度场分布的影响规律。     

考虑Ag触头蒸发烧蚀条件下的航天继电器分断电弧特性的研究

建立了考虑Ag触头材料烧蚀作用的航天继电器分断电弧的磁流体动力学模型.研究了Ag触头蒸汽和氮气均匀混合且各向同性条件下,静态电弧温度场、电弧电压等特性和Ag蒸汽比例之间的关系.分析了Ag蒸汽通过改变电弧等离子体电导率和热导率从而影响电弧特性的机理.同时,研究了Ag蒸汽在电弧中扩散作用时分断过程中动态电弧温度场、Ag浓度分布及触头烧蚀过程等,给出了分断电流的大小对Ag蒸汽质量浓度及触头单次分断烧蚀量的影响规律.最终,通过拍摄Ag原子发射光强,定性证明了电弧中Ag蒸汽浓度仿真结果的正确性.     

基于ANSYS的中压真空灭弧室内部磁场的仿真分析

针对某种12 kV/3150 A/40 kA真空灭弧室中电弧出现收缩现象导致触头表面局部严重烧蚀的问题,笔者应用ANSYS软件对灭弧室内部的稳态磁场和瞬态磁场进行仿真研究,阐述了灭弧室中触头的结构与形状对灭弧室内部磁场分布的影响,用电弧特性试验比较分析了不同开断电流下真空电弧的形态,验证了应用ANSYS软件对灭弧室内部磁场进行仿真研究的准确性.     

直流空气电弧作用下触头烧蚀特性

触头烧蚀会影响低压断路器的使用寿命和可靠性,研究触头烧蚀特性对于低压断路器的研制具有重要意义。为此建立了直流空气电弧作用下的触头烧蚀模型,考虑蒸发和喷溅两种烧蚀机制。针对触头熔池的传热和流动现象,建立了熔池的二维磁流体动力学模型,并结合熔化凝固模型模拟触头熔化相变过程。在熔池模型的基础上,建立蒸发和喷溅烧蚀模型。基于Langmuir方程和气体动力学理论建立蒸发模型,综合考虑沸点以下蒸发过程和沸点以上蒸发过程,分析蒸发通量与熔池表面温度的关系。基于概率统计理论建立喷溅烧蚀模型,得到材料的喷溅烧蚀质量。此外,定量分析触头材料、电流、触头尺寸和触头形状4种因素对触头烧蚀特性的影响,以期得到降低触头烧蚀的方法。研究结果表明:电流低于20 A时以蒸发烧蚀为主,电流高于200 A时以喷溅烧蚀为主;在保证触头尺寸大于熔池尺寸的前提下,减小圆柱形触头的半径,可降低触头材料烧蚀,但触头尺寸对触头烧蚀的影响很微弱;同等条件下半球形触头烧蚀质量最大,其次是圆台形,圆柱形触头烧蚀质量最小。     

铜钨触头电烧蚀机理探讨

通过扫描电镜、三维显微镜等设备分析CuW触头开断后的烧蚀形貌,讨论了CuW触头通电时烧蚀机理。分析结果表明,CuW触头在开断烧蚀时,烧蚀位置优先出现在Cu聚集区域。而裂纹的形成由触头表面的电弧高温侵蚀引起,而微裂纹在反复电弧烧蚀作用下将成为触头失效的根源。     

电弧作用下触头烧蚀特性的仿真研究

开断电弧对断路器触头的烧蚀会影响其使用寿命和可靠性。针对空气电弧作用下的断路器触头烧蚀行为进行了仿真研究。将电弧等效为正态分布的热源,基于传热学和流体学,分析了触头材料的温度变化过程和相变过程;此外,研究了熔池受力对熔池流动及温度的影响;最后,考虑触头材料的蒸发,模拟了触头表面的形貌及温度变化。仿真结果表明：触头温度由表面向内以半圆弧的形式扩散,熔池会先逐渐增大,在电弧作用消失一段时间后才逐渐减小;表面张力对熔池区域内的流动起主导作用,电磁力和浮力依次;考虑触头材料的蒸发时,触头表面会形成烧蚀凹坑,凹坑处的温度最高,凹坑随燃弧时间持续增大。     

高压直流大功率电弧及电烧蚀特性的实验研究

本文研制了一种永磁保持直动式触头高速分断机构,设计了其控制系统和测试分析软件,搭建了可以完成动态特性和电弧特性测量与分析任务的电弧实验系统。利用高速摄像机及数据采集卡分析了分断装置动态特性以及回跳特性,给出了分断及闭合速度与触头间隙等设计参数之间的关系;利用该实验装置在阻性负载条件下,进行多次分断操作,提取燃弧时间和烧蚀量等参数,研究了不同燃弧条件对于电弧及电烧蚀特性的影响。研究结果可为继电器、接触器等电器的灭弧系统的设计提供依据。     

SF6断路器触头劣化过程合闸预击穿特性研究

电容器组投切断路器触头烧蚀劣化后会改变合闸预击穿时间,这不仅会影响选相合闸效果,同时也说明预击穿电弧持续时间可作为衡量触头烧蚀状态的指标之一。建立了126 kV SF₆断路器灭弧室内合闸预击穿过程电—流体耦合仿真模型,研究了触头劣化过程中合闸预击穿特性,并提出了预击穿时间带电检测方法。结果表明：合闸过程中场强最大点总是出现在静弧触头表面;灭弧室内SF₆气体密度几乎保持不变;110 kV电压等级相电压下,触头预击穿电弧持续时间随烧蚀程度变化的试验值与仿真值吻合良好。从电场畸变角度解释了随着触头的表面烧蚀劣化程度增大对应预击穿时间的变化规律,结果可为断路器选相合闸策略和触头状态评估提供理论指导。     

中频下正弦曲面触头真空电弧特性研究

随着多电/全电飞机技术的发展,交流中频(360～800Hz)供电体制成为航电系统的主要发展方向,对新型小体积、轻重量、大开断容量开关的需求更加迫切。真空开关凭借自身的开断原理和结构特点,具备应用于航空领域的优势。提出一种新型触头结构——正弦曲面触头真空灭弧室,研究新型触头在中频下的真空电弧特性,对比分析了同等触头直径(41mm)和材料的正弦曲面触头和平板触头在小开距下的真空电弧形态的演变过程、电弧电压特性、燃弧能量、开断性能、阳极烧蚀程度及电弧生成物凝结能力,得到燃弧能量与电流幅值和频率的关系,以及燃弧能量对开断能力的影响规律。结果表明,在开断中频真空电弧时,正弦曲面触头的燃弧能量低,电弧电压噪声小、峰值低,阳极触头表面烧蚀程度轻,开断能力和电弧生成物凝结能力更强,具有很强的应用潜力。     

微型断路器电寿命评估

由电弧烧蚀触头材料而引起触头失效是导致微型断路器电寿命劣化的主要原因,研究微型断路器电寿命评估方法对提高用电网络安全性和可靠性具有重要意义.该文以额定电流16A的微型断路器作为电寿命试验对象,利用高速摄像机观察触头间电弧的运动过程,从电弧电压中提取反映断路器电寿命退化过程的特征量,研究累积燃弧能量、跌落时间与触头烧蚀量...     

两种铜基触头材料的电弧侵蚀性能研究

电接触材料在工作过程中会受到机械磨损、环境腐蚀及电弧侵蚀,其中,电弧侵蚀对电接触材料影响最大,它是影响接触材料的电寿命和可靠性的最重要因素。笔者对采用熔渗法制备的CuCr50与电弧法制备的CuCr45电接触材料分别进行DC 50 V,20、30、40、50 A的电接触试验,并通过扫描电镜观察材料在电弧侵蚀后的形貌,对这两种材料在直流、阻性负载条件下的电弧侵蚀特征进行对比研究。结果表明,CuCr45与CurCr50在DC 50 V,20、30、40、50 A条件下,材料都由阳极向阴极转移;之后归纳出电弧侵蚀后两种材料的表面形貌特征,最后分析了两种材料的燃弧能量与熔焊力。     

触头弧根瞬时电流密度的测量

电弧对触头表面的功率输入是影响触头侵蚀量的决定因素。为了深入了解电弧弧根功率输入过程,从而对侵蚀过程进行合理建模,有必要对触头弧根瞬时电流密度进行测量。本文对AgMeO材料的圆柱形触头在200～1800A峰值电流范围内,进行了半波正弦电流的开断试验,采用高速摄影技术和扫描电镜(SEM)微观照片两种方法测量,并分析了弧根直径及弧根瞬时电流密度与电流的关系,还对比了两种测试方法的差异。     

纳米触头材料电性能研究进展

分析了纳米材料与常规材料在热学性能和机械性能上的差异,综述了纳米触头材料在截流水平、抗电弧侵蚀和耐压能力等电性能研究上取得的进展,并对已有研究成果进行了概括和总结。结果表明:相对于同种配比的常规触头材料,纳米CuCr和AgFe触头材料的截流水平低于常规触头材料;纳米CuCr和AgFe的直流电弧稳定性高于常规触头材料,直流电弧寿命大于常规触头材料;纳米CuCr触头材料的耐压能力高于常规触头材料;纳米AgSnO2和AgNi触头材料的抗电弧侵蚀性能优于常规触头材料。因此,在今后对纳米触头材料的研究和开发过程中,加强纳米触头材料制备工艺研究和纳米触头材料的理论研究,有利于提高纳米触头材料电性能。     

电弧对电极的能量输入与侵蚀过程

电弧对触头表面的能量输入是影响触头侵蚀量的决定因素。为了深入理解电弧－－电极的交互作用及电弧侵蚀的物理过程，本文对不同直径及材料的圆柱形触头在１０００Ａ电流范围内进行了半波正弦电流的分断试验研究。采用高速摄影技术和扫描电镜（ＳＥＭ）微观照片分析两种方法测量并分析了弧根直径及弧根电流密度与电流的关系。     

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。     

中频开关电器触头材料耐弧侵蚀试验测试系统设计

介绍了变频下开关电器触头材料耐弧侵蚀试验测试系统设计.阐述了试验方法、设备、内容和步骤.该测试系统将对触头材料电弧侵蚀机理研究提供帮助.     

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。     

Experiments on dependency of metal mixing ratio in Ag-Pd alloy contacts on breaking arc duration,metal erosion and transfer

Breaking arc durations and the differences between the mass of a contact before and after an experiment which is a quantity of metal erosion and transfer (QMET) were measured in Ag-Pd alloy contacts. The experiments were performed in air under particular combinations of voltage, current, and opening speed. The effects produced on arc duration and QMET by different proportions of metals were investigated. In a practical Ag 40 wt% contact, the arc duration was not especially longer and the metal loss was not more than the other ratios. In an Ag 90 wt% contact, the arc duration had a large tendency to become longer under certain conditions and the metal loss was large. The arc duration of Ag 20 wt% had a tendency to become long with the number of operations. The characteristics of arc durations and QMET were different due to two ways of fixing a columnar contact from one side to a holder and from two sides. The curves of QMET were zero-crossed and the mixing ratio for QMET became zero for one of the two electrodes. This paper possibly suggests some way to design electrodes for heat produced in the Ag-Pd alloy contact, and the possibility of zero QMET.     

基于Matlab的无弧分断设计与仿真

介绍了一种基于并联电阻的新型无弧分断方法.该方法将电路的通断分为两个过程,分别由主触点和辅助触点来实现.辅助触点串联一个限流电阻形成辅助通道,再与主触点并联,承担电路接通和分断瞬间的动态过程,转移电弧能量.主触点承担稳态过程,避免主触点在通断过程中受到电弧的侵蚀,实现电路的无弧分断.Mat-lab的电力系统模块30V/6A的无弧分断仿真证明了设计的可行性.