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。     

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。     

耦合磁场直流空气断路器栅片特性对灭弧性能的影响研究

栅片材料与结构对断路器的灭弧性能有着重要的影响。该文建立了永磁体作用下灭弧室内磁场的计算模型与电弧磁流体动力学（MHD）模型,实现了两者的耦合。在此基础上,对永磁体作用下栅片材料与栅片结构对电弧动态特性的影响进行了仿真,同时考虑电源极性的影响,得出了永磁体作用下灭弧室内磁场的空间分布、电磁耦合作用下灭弧室内温度分布与气流分布,提取了灭弧室内平均温度与电弧燃弧时间等关键参数,讨论了栅片材料与栅片结构对电弧特性的影响。结果表明,外施磁场作用下铁栅片会造成灭弧室内磁短路现象。相同仿真条件下,含铁栅片的灭弧室燃弧时间最长;动触头作为阳极更有利于弧根跃迁,燃弧时间缩短;当分断电流相同时,铜-绝缘栅片对电弧的冷却效果最佳;栅片倾角可以改变气流场分布,从而影响燃弧时间。     

小型断路器分断电弧的试验研究及其结构优化

针对某型号小型断路器(MCB)产品的灭弧室,采用电流振荡回路,试验观察了电弧的运动情况。通过观测电弧的运动以及电弧电压特性,结合电弧的烧蚀情况,分析了栅片形状、跑弧道、出气孔等对产品灭弧能力的影响。通过缩短上跑弧道、栅片后加带孔绝缘挡板和改变栅片固定件等方法,缩短了电弧的停滞时间、转移时间、燃弧时间、增大了栅片切割程度,提高了电弧电压,改善了MCB的分断性能。     

高压直流继电器磁吹系统的建模与设计

高压直流(HVDC)继电器触头系统结构紧凑,难以利用栅片或产气材料来提高触头的开断性能.通过磁吹系统的外加磁场能够加快电弧的运动速度,提高灭弧能力.永磁体作为磁吹系统的关键部分,其外部磁感应强度分布不均匀,且尺寸对磁场的大小和分布影响较大,这对磁吹系统的设计造成了一定的困扰.针对此问题,该文建立磁吹系统三维有限元模型,...     

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.     

磁吹直流空气断路器弧根跃迁及对开断特性的影响研究EI北大核心CSCD

直流空气断路器的弧根跃迁与其开断特性有着密切的关系。该文搭建实验平台,采用高速摄像机拍摄电弧演变过程,得到清晰的弧根跃迁图像,观测弧根跃迁过程中的“双弧根”现象。基于磁流体动力学理论,建立二维磁吹直流空气电弧模型。模型中赋入鞘层条件,通过耦合外电路模块模拟实验工况,对开断过程中电弧温度场、气流场及弧根跃迁现象进行分析。在此基础上,完成磁场、烧蚀金属蒸气浓度变化对弧根跃迁及开断特性影响的仿真研究。结果表明:磁场强弱会改变弧柱高温区的运动轨迹,影响前后侧的气流场分布,改变局部区域电导率,产生弧根的停滞与跃迁现象,显著影响断路器的开断性能。外施50m T磁场会发生弧根跃迁现象,弧根跃迁可以减少烧蚀,加速开断,其本质成因是通过“双弧根”完成的。“双弧根”现象是由于引弧板表面电导率增大,在其表面形成新的导电斑点形成的。烧蚀产生的金属蒸气不总是阻碍熄弧,当灭弧室中铜蒸气浓度达到50%~60%时,出现弧根跃迁,减少燃弧时间,有利于开断。     

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。     

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。     

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。     

永磁磁场对开关电器灭弧性能影响的研究

在分析开关电器直流电弧熄灭原理的基础上 ,在触头弧隙加装不同规格的永磁体 ,通过不同结构永磁磁场对灭弧性能影响的分析及试验研究结果表明 ,在开关电器弧隙中加装永磁体后 ,永磁产生的磁场可提高灭弧能力 ,缩短燃弧时间。     

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《高压断路器技术发展动态》文集通过对SF6断路器开断能力、热气流的模拟、触头材料烧蚀状况、电弧能量、模型等的分析研究，介绍了SF6断路器的最新发展动态；通过对真空灭弧室大电流开断的物理过程、纵向磁场作用下大电流真空电弧的磁场控制、绝缘恢复特性、触头材料以及真空断路器其它性能的基础研究，     

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。     

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。     

电弧在多纵缝灭弧室中运动和熄灭的试验研究

以国产ＣＪ２０－４０接触器为研究对象，设计了多种结构的触头灭弧系统，用积分布程法计算了触头区域的吹弧磁场，通过试验得到了电弧在各种结构下的重燃率，研究了在不同的自励吹弧磁场作用下，多纵缝灭弧室的缝宽，缝数对电弧运动和熄灭的影响，确定了ＣＪ２０－４０接触器的最佳触头灭弧系统。     

杯状纵磁真空灭弧室三维涡流场仿真

对杯状纵磁真空灭弧室触头建立了与实际触头结构完全一致的有限元分析模型,模型中把电弧弧柱处理成圆柱形金属导体.对模型用有限元法进行了三维涡流场仿真.仿真结果表明,考虑电弧以及杯和电弧的涡流效应后,在电流峰值时,触头片中电流密度最大值变大;触头片上槽一侧的纵向磁场比另一侧强;磁感应强度B矢量在触头表面上的分布呈"旋涡"形状,其纵向分量在触头中心较大,越靠近触头边缘越小,而横向分量则增大;电流过零时,与未考虑电弧以及杯和电弧的涡流效应时的计算结果相比,触头间隙中心平面上及触头表面上的纵向磁场分布变为"帐篷"形状,纵向磁感应强度最大值也变大.在触头开距中心处纵向磁场较强且纵向磁场滞后时间也相对较长.     

270V直流开断特性研究与耗散功率变化的Mayr模型仿真分析

为了优化航空270V直流接触器结构设计以及预期接触器的开断容量,采用一种以栅片和磁吹系统相结合的直流接触器,进行典型负载类型下的开断性能实验,得到了感性负载情况下开断难度最大,且随着回路电感值的增大,燃弧时间和电弧熄灭时过电压峰值增加。主触点间并联RC支路虽然会增加整个燃弧时间,但能有效限制过电压的数值,且过电压峰值随并联支路电容C的增加而减小。假设燃弧过程中电弧具有对称性,并对电弧进行受力分析,提出横向磁场中电弧运动速度和消散功率的计算方法,得到一种Mayr电弧修正模型。在不同等级的阻性负载情况下,分别对燃弧过程进行数值仿真,经仿真与实验结果对比,所提Mayr电弧修正模型能够准确描述电极分断过程中电弧电压及运动速度的变化情况,为航空直流接触器的设计提供有效的参考。     

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。     

低压空气开关灭弧室不同电弧形态下的磁场研究

使用有限元软件对低压空气开关灭弧室的电弧磁场进行分析,对灭弧室系统在触头打开状态下进行仿真建模,围绕电弧与栅片的相对位置,即电弧偏离栅片和偏向栅片的情况,对比分析了在电流密度分布相同,电弧形状不同的情况下灭弧室周围的磁场分布、电弧中心的磁感应强度以及电弧所受磁吹力的大小.获得了电弧磁场与电弧形态相互作用的规律,为研究低压开关电器灭弧室的设计提供了参考.     

高压跌落式熔断器过零延时灭弧结构设计

为开发能带负荷分合闸的高压熔断器,设计具有过零延时灭弧结构的10 kV高压跌落式熔断器,并对其开断过程展开研究。现有的熔断器带载分合闸时,触头间易产生电弧引起触头烧蚀,甚至发生电弧持续燃烧无法分断;串联高压硅堆后,相同条件下有载开断过程可靠性得到大幅上升,有效切断电弧能量注入,使触头间“零休”延长,错过弧后快速上升恢复电压,促进触头间隙介质绝缘恢复,对降低触头间隙击穿概率、改善弧后介质恢复特性十分有利。