触头运动特性对直流接触器开断性能影响

为研究触头运动特性对直流接触器开断性能的影响，建立直流空气接触器电磁操动机构与灭弧系统联合仿真模型，对接触器操动机构进行运动—结构—电磁耦合仿真，得到操动机构动作过程中触头位移—行程曲线，并与电弧磁流体模型相耦合，仿真得到了直流空气接触器从机构运动到触头打开电弧形成、弧根运动直至熄灭的全过程。讨论了接触器操动机构参数变化对开断性能的影响，并通过电弧现象背后的物理场变化分析了开断过程中重击穿现象产生的原因。结果表明：操动机构驱动动触头进而带动电弧完成了电弧拉伸、弧根转移以及被栅片切割等重要电弧演变过程；反力弹簧和触头弹簧预压力增大有利于提高触头的分断速度，加速电弧熄灭，但分断速度过高有可能导致电弧重击穿现象发生，其根本原因是栅片入口处产生的顺时针气流漩涡；通过控制触头的分断速度和灭弧室栅片区磁场分布，实现了对重击穿现象的抑制。     

低压限流断路器开断过程重击穿现象及防止措施

本文采用光电测试系统，观察到在低压限流断路器开断过程中的电弧电压跌落现象。对断路器测试分析发现，这一现象是由电弧通道转移至触头区引起，而造成电弧通道转移的主要原因是发生在触头区的重击穿现象。通过分析影响开断过程电弧重击穿现象的主、要因素，本文提出了几种抑制开断过程重击穿现象、提高断路器限流特性的有效方法。     

横向磁场下中频真空电弧形态及电弧电压特性

研究了杯状横向磁场触头中频真空电弧(400~800 Hz)的电弧形态及电压特性。实验在单频回路中进行,采用去掉屏蔽罩的杯状横向磁场真空灭弧室进行实验,触头直径为66 mm,触头开距为4 mm。实验结果表明:只有当电流升高到一定值时,电弧才有运动现象;电弧的运动特性主要受磁场的影响;电弧运动不是产生高频电弧电压噪声的原因,而当阴极斑点占据整个阴极表面时,电弧电压才产生高频噪声。最后根据实验结果得到电弧电压与电流幅值和频率的关系公式。     

小型断路器灭弧室的仿真与实验分析

针对某小型断路器产品的灭弧室,建立了三维电弧仿真模型并进行了动态特性仿真,仿真结果揭示了灭弧室内电弧的运动规律,电弧弧根从动触头到跑弧道的转移,电弧沿跑弧道向栅片运动并被铁质栅片切割的过程。在此过程中,电弧多次出现背后击穿,电弧在跑弧道拐点长时间停滞,使该位置的电极被强烈烧蚀。此现象得到了实验的验证,同时仿真得到的电弧电压和电流与实验结果较为一致。     

低压限流断路器背后击穿现象的数值模拟研究

低压限流断路器是广泛应用于工业与民用的低压电器。它采用多个栅片的灭弧室,利用近极压降将进入到灭弧室中的电弧电压提升到一个较高的值,从而在开断电路的同时还起到对短路电流的限制。但目前发现在开断过程中电弧反复进出灭弧栅片的背后击穿现象引起电弧电压的突降,降低了开断性能。根据实际开断物理过程,建立了以热击穿为主的背后击穿物理模型,运用气流场,结合热场、磁场与电流分布,计算模拟了低压限流断路器在开断过程中电弧运动状况与背后击穿现象。     

小型限流断路器灭弧室内磁场分析及其对电弧运动特性的影响

本采用积分方程法编制了一个计算三维磁场的软件，用它计算了小型限流断路器灭弧室内电弧运动区的磁场并用光纤测定了电弧的运动特性，计算和试验都表明，灭弧室内磁场的分布对电弧的运动特性有很大的影响，而电弧能否进入栅片则对断路器的限流性能起决定作用。     

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。     

低压空气电弧动态特性仿真及分析

在计算流体动力学（CFD）商用软件包二次开发的基础上针对低压断路器简化灭弧室,采用磁流体动力学（MHD）理论建立了三维电弧仿真模型.仿真计算结果描述了电弧弧柱收缩、等离了体喷流和电弧形态等相关现象,研究发现磁场、出气口面积的增大可加速电弧运动,但出气口面积到达一定程度后,其大小变化对电弧运动的影响很小,而栅片的存在则对灭弧室气流具有一定阻挡作用.电弧运动的实验结果验证了仿真模型的合理性.     

弧柱压降对塑壳断路器限流性能的作用

低压断路器依靠栅片分割电弧成短弧来熄灭电弧,传统的观点认为塑壳断路器限流作用主要依靠短弧的近极压降.从塑壳断路器尺寸紧凑、栅片数受限制出发,提出弧柱压降对限流同样起很大作用.用最新文献中提出的经验公式进行分析,并对一个实际塑壳断路器在带与不带灭弧栅片条件下进行分断试验,测量其电弧电压,说明弧柱压降对限流性能的贡献.用不同触头系统结构的断路器作对比实验,双向斥开的触头系统的分断性能高于单向斥开的触头系统,证实提高弧柱压降是一种有效的限流措施.     

直流高低压不同磁场下电弧特性的研究

针对直流电压下电气设备易产生电弧的现象,设计了一个试验平台,分别在有无磁场的情况下,对不同直流电压、电流条件下的铜、银触头材料产生的电弧电压波形及电弧持续时间进行测试和比较分析。结果表明:电流相同时,高电压下的电弧持续时间远高于低电压下的电弧持续时间;有横向磁场的电弧持续时间比无横向磁场时的短,且随着施加磁场强度的增大,电弧持续时间随之减少,横向磁场能有效地抑制电弧,尤其是铜触头材料对电弧的抑制效果更加显著。     

利用电弧动态数学模型的低压断路器开断过程仿真分析

低压断路器开断过程仿真的关键内容是如何建立开断过程的电弧数学模型,并将其与其它开断过程的物理现象相耦合。通过对虚拟样机软件ADAMS进行二次开发,将电弧动态数学模型应用到低压断路器的开断过程仿真,并结合有限元软件ANSYS,建立了耦合复杂机械运动﹑电路﹑磁场和电弧数学模型的低压断路器开断过程仿真模型。通过将建立的仿真模型应用到一带双向斥开触头系统的塑壳断路器,研究了静触头压力大小对该塑壳断路器开断性能的影响。实验结果表明,利用所提出的仿真模型研究低压断路器的开断过程是可行的。     

直流电弧运动过程中重击穿现象及机理研究

研究了桥式双断点触头在不同电压下分断直流阻性回路电弧运动过程中重击穿的特性参数。采用高速摄像机拍摄了电弧及重击穿图像。利用光谱仪测量了电弧运动过程中弧柱所经过区域的平均温度。研究了电压与重击穿发生的关系。基于一组漂移扩散方程耦合电场泊松方程,建立了小间隙(2 mm)中考虑电弧运动期间弧柱所经过区域残留金属蒸气的直流(电压等级200~500 V)重击穿放电形成过程的微观数学模型。通过仿真结果得到了重击穿的形成过程及微观参数,同时分析了弧柱所经过区域的初始温度和电压对重击穿放电形成过程的影响。很好地解释了重击穿形成过程中鞘层、弧前预击穿导电通道的形成机理。     

纵向与横向磁场作用下分断直流感性负载时的电弧特性实验

研究AgSnO2触头组以不同速度分断直流感性回路产生的电弧在纵向与横向磁吹作用下的特性参数.电压与电流为28V/5A,回路时间常数为2ms.吹弧磁感应强度为0～200mT,分断速度为10～50mm/s.采用高速摄像机记录电弧随时间变化的图像,同时,采用数字示波器存储电弧电压波形.研究在不同分断速度下,燃弧时间、电弧停滞...     

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。     

三相短路情况下塑壳断路器开断特性的计算机模拟

组成塑过睡器内部结构的各种部分在三相短路开断过程中的作用各不相同,文中根据它们的功能和特点分别建立数学模型。通过计算机仿真,得到了准确的短路开断特性。建立了链式电弧模型,并结合激波理论分析电弧的运动。     

Relationship between current waveform just before current zero and interruption ability of high‐speed VCB

A high‐speed vacuum circuit breaker which forces the fault current to zero was investigated. The test circuit breaker consisted of a vacuum interrupter and a high‐frequency current source. A vacuum interrupter with an axial magnetic field electrode and a disk‐shaped electrode was tested. The arcing period of the high‐speed vacuum circuit breaker is much shorter than that of a conventional circuit breaker. The arc behavior of the test electrodes immediately after the contact separation was observed by a high‐speed video recorder. The relation between the current waveform just before the current zero point and the interruption ability was investigated experimentally by varying the high‐frequency current source. The results demonstrate the interruption ability and the arc behavior of the high‐speed vacuum circuit breaker. Effective current interruption is made possible by a low current period just before the current zero point, even though the arcing time is short and the arc is concentrated. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 172(2): 20–27, 2010; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20915     

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。     

横磁触头真空灭弧室中收缩型电弧的运动与形态转变

本文论述了横磁触头真空灭弧室开断实际短路电流时的零前过程,开断电弧的一般特性,着重介绍了起始金属桥爆炸引燃的收缩型电弧的停滞现象,收缩型电弧的运动特性及其转变成扩散型电弧的条件等问题。     

外施横磁下真空断路器弧后金属蒸汽击穿过程仿真研究

从微观的角度分析外施横向磁场下直流真空断路器弧后金属蒸汽击穿过程。首先,建立了可以描述直流真空断路器弧后金属蒸汽击穿过程的粒子模拟-蒙特卡洛碰撞仿真模型，确定了弧后金属蒸汽击穿判据；其次对比了不同横向磁场强度下弧后金属蒸汽击穿的发展过程，分析外施横磁强度对弧后金属蒸汽击穿的作用；最后，分析了外施横向磁场强度对弧后金属蒸汽击穿时刻的影响。研究结果表明：场致发射提供了金属蒸汽击穿的初始电子，是诱发金属蒸汽击穿的“种子”，电子崩的出现意味着金属蒸汽击穿的发生；横向磁场会降低真空间隙内的电子数和铜离子数，这是因为间隙内的电子和铜离子会在横磁的作用下横向扩散；横向磁场越大，金属蒸汽击穿速度越慢，当外施磁场由0 mT增加至2 000 mT时，击穿时刻由1.913×10^-7 s增加至2.72×10^-7 s。本文的研究结果有助于理解外施横磁下直流真空开断的弧后金属蒸汽击穿过程，可为低压直流真空断路器的开发提供理论依据。