真空开关电弧形态几何特性量化实验研究

真空电弧在燃烧过程中的形态变化特性及其发生发展在图像上所表现出来的趋势特征对真空开关的开断能力有着重要影响,为了研究真空开关电弧形态特性,针对真空开关电弧特点和电弧特性,设计并建立了一套以可拆卸真空灭弧室的真空开关电弧实验系统.利用图像处理技术对真空间隙长度为6mm,电压60V为条件下真空开关电弧几何特性(面积、周长)进行了诊断.实验结果表明运用该技术可实现真空开关电弧在真空间隙几何特征的量化测量,可应用于真空开关电弧形态特征实时在线诊断,为真空开关电弧形态调控规律研究提供了新的技术手段.     

基于图像序列短间隙真空开关电弧形态研究

研究短间隙真空开关电弧扩散运动特性对促进真空开关向高电压等级、大容量及智能化发展具有重要的意义。本文利用高速摄像机CMOS对真空开关电弧图像进行了采集并获得了序列电弧图像;分析了真空电弧燃烧过程扩散运动的机理及特征。综合数字图像处理技术,提出了基于二值背景差分法电弧图像燃烧扩散运动识别算法。实验结果表明:运用图像系列背景差分法可实现对真空开关电弧图像面积扩散区域进行检测,且通过计算可得到真空开关电弧在燃烧过程中不同时刻的扩散速度。     

磁控电弧离子镀阴极斑点特性的高速摄影研究

利用高速摄影技术，对磁控电弧离子镀中阴极斑点大小、寿命及运动轨迹进行了观测，得到了极斑点电流密度、运动速度随磁场、电弧电流及背景气体压力改变而变化的关系曲线。     

磁控电弧离子镀阴极斑点特性的高速摄影研究

利用高速摄影技术，对磁控电弧离子镀中阴极斑点大小、寿命及运动轨迹进行了观测，获得了阴极斑点电流密度、运动速度随磁场、电弧电流及背景气体压力改变而变化的关系曲线。     

基于PIV技术真空开关电弧流场实验研究

为了对真空开关电弧燃烧过程及热形态变化规律研究,本文采用粒子成像测速(PIV)技术对短间隙真空开关电弧进行了实验研究,观察分析了电弧流场的信息,有明显的漩涡区。实验结果表明,运用PIV技术能较好地获取真空开关电弧燃烧二维速度场分布;随着电弧电流不断增大,真空间隙中金属蒸气压力不断增大,电弧加速向四周扩散运动,当电弧电流增大到一定值时,在电弧四周产生明显的涡流区域;电弧电流峰值过后,涡流区域不断减小,当电弧电流减小到一定值时,电弧不再向外扩散,而是向弧柱中心做集聚运动。     

真空开关电弧电子温度诊断的实验研究

金属蒸气等离子体是真空开关电弧的基本状态,为了实现对其等离子体电子温度诊断,提高真空开关的工作性能,本文提出了基于光学方法真空开关电弧电子温度诊断技术,阐述了二比色测温的基本原理,建立了真空开关电弧实验装置及相应的CCD光学图像采集系统。利用该实验系统得到了不同波长下的电弧图像,运用MATLAB经过图像处理得到真空电弧的灰度等值曲线,形象地表达了温度场的分布;通过计算得到了电子温度在不同电流下沿着径向的分布。试验结果表明:(1)在电弧电流为8.91kA时,电子温度最高可达3.42eV;(2)电子温度沿着径向不断的降低。     

真空开关电弧图像面积变化研究

真空电弧在燃烧过程中的形态变化对真空开关的开断性能有着重要的影响。为了实现对真空开关电弧形态燃烧过程的定量分析,提出了真空开关电弧图像面积概念,并对影响电弧面积变化的真空间隙、电压、磁场三因素进行了实验研究分析。结果表明:①真空间隙越大,电弧面积分布区域越广,减轻了电弧对触头表面的烧蚀;②开断容量越大,电弧的面积分布区域越大,同时对电弧表面的烧蚀越严重;③纵磁场的存在使电弧在真空间隙中分布更加均匀,有利于提高真空开关的开断能力。     

短间隙真空开关电弧图像边缘提取研究

为了研究短间隙真空开关电弧燃烧及其热形态变化过程,通过图像视觉系统对电弧起弧、燃烧及熄灭过程中的电弧图像进行采集,阐述了该实验系统的组成,利用图像处理技术对电弧图像进行了预处理,并通过Prewitt、LOG和Canny五种微分算子的边缘提取和结果对比。结果表明:比较3种微分算子对电弧图像边缘提取的结果,Canny算子可得到连续性、完整性和准确性均符合控制要求的电弧边缘结果,为实现真空电弧的调控提供了技术基础。     

基于MHD的小间隙真空电弧仿真研究

真空开关电弧电流过零前的电弧等离子体状态对真空开关能否顺利开断具有十分重要的影响。本文在建立小间隙真空电弧磁流体动力学(MHD)模型的基础上,采用通用计算流体力学仿真软件对电弧电流过零前0.5 ms时的电弧等离子体的特性进行数值仿真研究。计算得到了真空电弧等离子体压力、等离子体密度、离子纵向速度、阳极表面纵向电流密度和电弧电压等的空间分布。仿真结果表明:从阴极到阳极,真空电弧等离子体压力和密度逐渐增大,而等离子体速度逐渐减小;阳极表面电流密度存在较大径向梯度,最大值低于形成阳极斑点的极限收缩电流,阳极仍不活跃。仿真得到的等离子体密度分布与高速摄像机拍摄得到的CMOS图像光强基本吻合,计算得到的电弧电压与测得的电弧电压是一致的,从而验证了本模型的可行性。     

纳米Ag-Fe合金的真空电弧特性

利用微乳液法制备出纳米复合Ag-Fe合金,在真空条件下,利用高速摄影机观测Ag-Fe系列合金的阴极斑点运动,采用示波仪记录放电电流曲线,并利用扫描电子显微镜观察电极表面烧蚀状况.研究结果表明:Fe纳米粒子的加入使得电弧分散,电孤的寿命增加,截流值降低.