真空电弧电压与电弧形态关系的实验研究

在可拆卸式真空灭弧室中对平板式电极进行了试验,通过高速电荷耦合器件(CCD)摄像机拍摄的电弧形态照片及示波器记录的电弧电压波形,研究了真空电弧的电弧电压与电弧形态的关系。作为对比,也对杯状纵磁触头进行了一些试验。     

真空电弧阳极斑点对电流过零时刻阳极表面温度的影响研究

大电流真空开断的电弧过程主要由阳极现象,特别是阳极斑点现象所支配。真空电弧阳极斑点形成制约着真空开断的成功与否,其中原因为阳极斑点形成过程伴随着阳极表面加热、熔化甚至蒸发,对阳极热特征产生至关重要的影响,并决定了弧后介质恢复过程。由此文中展开了真空电弧阳极斑点出现后电流过零时刻阳极表面温度的研究。实验测量结果表明阳极斑点形成后零时刻阳极表面温度T0anode并不随电弧电流Iarc、分闸速度v的改变发生显著变化,而是趋向于一个稳定的范围,触头材料为CuCr25时该温度范围为1 600~1 800 K,但外施纵向磁场BAMF则有利于T0anode的波动范围减小。同时,实验测量发现不同触头材料下阳极斑点形成后电流过零时刻阳极表面温度T0anode的稳定范围不同,Cu、CuCr50时T0anode范围分别为18 00~1 900 K和1 700~1 800 K。     

论大电流真空电弧收缩现象和阳极斑点形成的理论分析

本文阐述了大电流真空电弧的收缩现象和影响大电流真空电弧收缩现象的因素，分析了形成阳极斑点的过程，并从实际出发讨论了纵向磁场作用的机理。     

真空电弧离子扩散过程的试验研究

本文简述了以多探针阵列为测量手段，应用微机测试系统对数据进行处理分析，导出了电子密度及电子温度分布，对比研究了横向和纵向磁场触头真空电弧等离子体扩散过程，并对大开距下电子密度的特性进行了研究。     

纵向磁场对电弧带电粒子密度的影响

在稳态模型和局域热力学平衡的假设下。推导了在纵向磁场内,真空电弧带电粒子密度的数学表达式,分析了纵向磁场对真空电弧所产生的影响及其阳极斑点形成的机理,     

基于电弧图像的中频真空电弧阳极燃烧特性研究

为了研究中频真空电弧的阳极燃烧规律,利用CMOS高速摄像机,对可拆卸真空灭弧室中的纯铜平板触头之间的中频真空电弧进行拍摄,触头开距为8 mm,触头直径为28 mm,分别采集了不同电流频率以及不同电流峰值下的电弧图像。利用MATLAB图像处理技术对阳极触头的灰度分布、阳极高灰度值区域的持续时间以及运动规律等进行了分析处理。结果表明电流峰值大小对阳极灰度分布的影响要远大于电流频率;阳极高灰度值区域的持续时间占总半波燃弧时间百分比随电流频率的增加而下降,而随电流峰值的增加而增加;阳极高灰度值区域在电流上升阶段发生融合,在下降阶段发生收缩。     

真空电弧的新控制技术

为分断电流,真空灭弧室内部的触头一旦打开,在触头电极间会产生真空电弧。真空电弧是触头的阴极侧出现阴极点放出的金属蒸汽形成了离子和电子,电流峰值随着电流的减小,金属蒸汽也随之减小。     

真空电弧镀膜新技术

真空电弧镀膜在现代表面工程领域中作为一种新的高速沉积技术近年来得到了迅速发展并已开始进入工业应用。本文试就此新技术的原理、应用和发展前景作一简要介绍。     

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。     

横向磁场作用下真空电弧阴极过程数学模型的研究

通过联立沙哈方程、质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程、空间电荷方程、电流连续性方程及电子发射公式，建立了横向磁场作用下直流真空电弧阴极过程的定量数学模型，模型中不仅考虑了多价离子的作用，而且计及了阴极表面外加横向磁场对等离子体的影响。通过对电弧电流为８０Ａ的钛阴极真空电弧的数值求解，得到了大量等离子体参数随磁场变化的规律。计算结果与实验测量值相吻合。本文联系人     

真空电弧引燃过程的分析

为了深入了解真空电弧的引燃过程,测量了直流真空电弧起弧阶段的电弧电压、屏蔽罩电位以及屏蔽罩收集离子电流等有关参数。分析了真空电弧的引燃过程和起弧后等离子体的扩散过程以及纵向磁场对等离子体扩散的影响。     

Dielectric Recovery Characteristics after High‐Frequency Current Interruption in Vacuum Circuit Breaker

When the contacts of circuit breaker are opened just before current zero, the gap between contacts will still be very short. Therefore, it cannot withstand recovery voltage between the contacts. In such a case, multiple reignition is likely to take place. Many investigators had tried to clarify this phenomenon, and many reports have been published. However, high‐frequency current interruption and dielectric recovery characteristics are related to some parameters (value of current, arc time, and so on). In addition, arc phenomenon has also been implicated. Hence, it is difficult to understand this phenomenon accurately. In this paper, we conducted dielectric recovery test and high‐frequency current interruption test. Further, we conducted observation experiment using vacuum chamber in order to investigate the effect of small dc current. At the end, we calculated plasma density in the electrodes after high‐frequency current interruption by considering the result of observation experiment and dielectric recovery test.     

直流真空电弧强迫开断电弧形态

随着航空270V直流系统的应用,直流开关的需求逐渐增加。现阶段直流开关大多为空气开关,其开断容量较小,使用真空开关将对于提高开断容量具有一定优势。针对航空270V直流用短间隙真空灭弧室进行高频开断实验,研究了直流强迫开断的电弧电压、电流特性,分析了回路参数对直流强迫开断中平均电流变化率di/dt和弧后过电压dv/dt的影响。通过相同开断实验电流、相同电流变化率、不同触头结构情况下开断实验,分析了电弧直径动态特性。强迫熄弧过程中,平板触头电弧直径逐渐减小,纵磁触头电弧直径变化较小并在熄弧前迅速变化。针对不同电流实验,随电流升高电弧直径略有增加。起弧阶段,平板触头电弧直径随燃弧时间呈对数函数增加,而纵磁触头电弧直径基本保持不变。拟合得到平板电弧起弧时直径变化函数,随燃弧时间延长,平板触头电弧直径逐渐增大至大于纵磁触头电弧直径。     

真空断路器弧后介质恢复试验装置

介绍了以PIC系列微控制器为核心搭建试验装置,在电弧电流熄灭后的100μs内,控制高压脉冲电源输出连续亚μs级高压脉冲;测试开关电器的弧后介质恢复特性。试验结果证明该装置能满足设计要求。     

中频真空电弧高速图像观测系统研究

介绍了使用CCD观测真空电弧形态的高速图像观测系统的结构原理及软件流程,利用该系统对中频真空电弧进行了测试,取得了阶段性成果。     

Generation of Anode Spot in Low‐Current DC Vacuum Arcs by the Effect of Embedded Magnet in the Anode

Experiments were conducted with the aim of keeping low‐current DC vacuum arcs stable. A permanent columnar magnet was embedded in the anode and a permanent disk‐shaped magnet was arranged behind the anode. As result, the arc plasma is strongly constricted to a column and a light emitting point appeared on the anode surface. Generation of the anode spot was confirmed by detecting anode metal vapor and ions using mass and spectroscopic analyses under low‐current arcs of less than 20 A. Copyright © 2008 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

真空电弧电子扩散过程及电弧半径的研究

以等离子体基本方程为依据,推导出了在真空电弧弧柱外的电子密度沿径向呈指数规律减、弧柱内呈二次曲线率减的结果。提出将弧拉内、外分界点到电弧中心的距离作为电弧半径及其确定方法的建议。实验结果与理论分析基本吻合。