触点分离初速度与电弧能量关系的研究

继电器触点的电磨损量与分断电弧释放的能量直接相关,因此直流电弧的电弧能量对继电器触点的寿命和可靠性有重要影响.研究了触点分离初速度(动触点与静触点刚刚分离时刻的动触点速度)对电弧能量的影响.利用自行设计的实验模型,测量了阻性负载和感性负载条件下继电器常用触点的触点电压和电流曲线,分析了触点分离初速度对液态金属桥能量、金属相电弧能量、气体相电弧能量以及电弧总能量的影响,论证了在一定条件下提高触点分离初速度有利于电弧燃弧能量的减少.研究结果可以为继电器触簧系统设计提供参考和依据,并为继电器的总体优化设计奠定基础.     

电磁继电器额定寿命优化设计

电磁继电器额定寿命指标是继电器能否满足整机需求的关键,直接影响着系统运行的可靠性.针对电磁继电器额定寿命能力批次间差异大这一问题,对影响电磁继电器额定寿命的机理进行分析和研究,确定影响电磁继电器额定寿命失效的主要因素是触点接触面积、触点间接触压力、触点间隙及触点材料.在不改变电磁继电器结构设计及触点材料的情况下,为提升电磁继电器额定寿命能力及一致性,采用DOE优化设计方法,针对相应的影响因子进行了DOE试验设计,最终得出合理的触点间隙、常闭触点压力及超程值;再利用容差设计方法,优化触点间隙、常闭触点压力及超程的控制范围,提升额定寿命的一致性.研究结果表明:通过DOE试验可找到电磁继电器的影响因子优化方案,利用容差设计可以优化各影响因子的控制范围,有效提升了继电器额定寿命能力及一致性,提升产品质量.     

密封式继电器触点形貌与腐蚀类型关联性分析

为深入研究密封式继电器触点的失效机理,开展腐蚀形貌特征与腐蚀类型的关联性分析.选取密封式继电器触点DEAX SEM图为分析样本,在分析可能存在腐蚀反应类型的基础上,提取对应元素分布图的不规则边缘轮廓,从而将无腐蚀部分排除,同时还原了腐蚀区域形貌,量化提取其腐蚀形貌特征值并对应可能的腐蚀类型进行分析,最终利用BP神经网络算法进行关联性验证.结果表明:密封式继电器触点中Ag与Cl的原子百分比近似为1∶1,在特定区域内极有可能产生AgCl化合物,并确定触点形貌与腐蚀类型存在映射关系.得到了在多种腐蚀反应共同作用下,每种反应本身的腐蚀形貌特征仍然存在的结论,并提供了一种探究腐蚀类型与腐蚀形貌特征关系的方法.     

直流电路触点分离初速度对分断的影响

分断电弧的燃弧时间和能量是触点分断过程研究的重要参数,应用自行设计的实验模型,在室温条件下,并在电阻性电路和电感性电路中,测量了金触点的电弧电压和电弧电流波形;运用非线性回归分析的方法,分析了触点分离初速度对触点分断的两具重要参数（液态金属桥存在时间和电弧燃弧时间）的影响;论证了天一定条件下提高触点分离初速度有利于电弧燃弧时间和能量的减少问题,这种影响在电阻性电路中更显著,该结果对于改善触点机构设计,提高触点分断性能具有参才价值。     

电弧作用下铜基覆银触头的侵蚀失效机理

由电弧引起的材料转移、熔焊是铜基覆银触头电侵蚀的主要表现,造成触头无法正常工作,使继电器失效,进而影响整个电路的运行.作者模拟了继电器触头的实际工作情况,分析了铜基覆银触头在电弧侵蚀中材料转移与熔焊机理.     

PLC在传统继电器控制系统改造中的应用研究

目前,一些工业企业使用的机械设备的电气控制仍采用传统继电器控制系统,运用继电器触点通断的逻辑组合实现自动控制.此类系统的通断触点多,线路复杂,长期使用后触点容易损坏;且其中任何一个继电器中的一对触点接触不良,都可能影响整个系统的正常运行.针对以上问题,进行了可编程序控制器（PLC）对系统实施改造方案的应用研究,并对改造中的一些细节问题进行了探讨.     

电磁继电器动作时间参数测试与计算研究

为了检测电磁继电器的工作性能,提高其稳定性和可靠性,在不破坏产品的情况下,通过电气参数的采集和时间参数的计算来描述机械参数变化.采用铁路继电器作为试品,设计了继电器参数测试系统,完成了继电器触点电压、线圈电流和线圈电压的高速数据采集,结合继电器动态特性曲线,利用分段曲线拟合、一元线性参数辨识和数据平滑处理的分析方法对数据进行处理,得到了触动时间、超程时间、燃弧时间和开距时间等时间参数.通过与实测数据相对比,该测试系统的精度达到了设计要求.     

用发射光谱法测量电弧等离子体的激发温度

利用微小型光纤光谱仪对电弧激发铜等离子体的发射光谱进行了实时测量。根据局部热力学平衡理论,用多谱线斜率法测得了纯铜电弧等离子体的激发温度,研究了激发温度随时间变化情况。结果表明,在电弧引燃30秒后,等离子体激发温度相对稳定,温度范围在5360~5395K.     

SF6断路器磁流体二维电弧模型化与仿真

为反映SF₆断路器在短路开断过程中电弧与气流的作用,以磁流体力学理论为基础建立了SF₆电弧二维物理数学模型,考虑了电场、磁场、湍动气流场及辐射场间的耦合作用及SF₆气体物性参数随吹弧气流温度与压力变化对电弧等离子体的影响.采用有限体积法对SF₆断路器短路大电流开断时的稳态电弧进行数值仿真,定量分析了SF₆电弧与电磁及可压缩、有粘、有源、湍动气流间的相互作用.研究发现,电弧提高了灭弧室喷口上下游气流的压力差,并且电弧半径也因自身电磁力的作用而不断变化,在喷口喉部较大,而在电极附近较小.     

非线性参数辨识方法及其在航天继电器可靠性测试数据分析中的应用

提出了采用航天继电器的动合触点运动时间和超程时间来研究触点性能和工作的可靠性,并提出来用高斯－牛顿法及其改进方法（迈克脱法）对航天继电器衔铁运动触动阶段的非线性数学模型进行多数辨识。实测分析计算的结果表明,所来用的方法是有效的。     

均匀纵向磁场对电弧压力梯度的影响均

在稳态模型和局域热力学平衡等假设下,推导了在均匀纵向磁场下真空电弧压力梯度的数学表达式,分析了纵向磁场对电弧压力梯度的影响,提出了纵向磁场能够提高真空电弧开断能力的一条重要机理．     

纵向磁场对电弧压力的影响

本文在稳态模型和局域热力学平衡等假设下,推导了在纵向磁场下真空电弧压力的数学表达式。在此基础上,分析了纵向磁场对电弧压力产生影响的物理机制和它能够抑制真空电弧中阳极斑点形成的主要机理。     

高压SF6断路器三维动态电弧仿真

为了研究高压SF ₆断路器在短路开断过程中电弧的变化情况,建立了三维能量源动态电弧模型和三维气流场模型.考虑到电流变化对整个气流场中压力、温度以及电弧形态的影响,将电弧模型、旋气式断路器气流场模型以及触头的机械运动通过计算机耦合并行求解,对电弧与气流场的共同作用进行分析.仿真结果表明,该电弧模型可以反映出电弧从燃烧到熄灭过程的形态变化和能量逸散过程,得出了电弧和熄弧期间喷口压力的变化规律.     

纵向磁场对电弧等离子体电压的影响

在稳态模型和局域热力学平衡等假设下,从理论上分析了纵向磁场对真空电弧电压的影响,阐述了纵向磁场能够提高真空电弧开断能力的一条重要机理。     

高能解离流动物性计算

为准确进行电弧喷射推力器非平衡流动分析,对高能解离流动化学动力学过程、热力学性质、输运性质和电磁特性进行了数值计算.采用有限速率化学动力学模型计算解离组分,采用基于配分函数法和维里系数法的曲线拟合计算热力学性质,采用经典Chapman-Enskog方法获得多组分混合气体输运性质,采用由电子运动方程和统计力学碰撞理论推导出的公式计算电导率和电子漂移率.通过计算示例了温度在3.0×10³~2.0×10⁴K和压强为0.1 Pa~1 MPa范围的N₂解离物性.     

微机械电磁继电器的研究

为了电磁继电器的微型化和提高生产效率,基于微机电系统(MEMS)加工技术提出并试制出一种微机械电磁继电器.这种微继电器由底层磁路、平面励磁线圈和活动电极(衔铁)构成比较完整的磁路,依靠励磁线圈的电流来控制其开关动作,微继电器体积约为5mm×5mm×0.4 mm,其制作工艺主要采用光刻、溅射、电镀和腐蚀牺牲层等常规微加工工艺;同时,利用磁路模型进行了电磁力的理论计算,利用其结果对活动电极尺寸和励磁线圈匝数进行了优化设计,给出了试制的微继电器样品的初步测试结果,励磁线圈阻抗约300Ω,触点导通阻抗约1.7Ω,励磁电流约50mA时可使继电器可靠吸合.     

纵向磁场对电弧带电粒子密度和电压噪声的影响

在稳态模型和局域热力学平衡的假设下，从动量方程出发，推导了施加纵向磁场后真空电弧带电粒子密度的数学表达式.在此基础上，分析了纵向磁场对真空电弧带电粒子密度和电弧电压噪声所产生的影响，得知施加纵向磁场之后电弧带电粒子密度增加了而电弧电压噪声减小了，由此抑制了真空电弧由扩散型向集聚型的转变，从而延缓了阳极斑点的生成，提高了真空开关的开断容量.     

电(磁)场作用下的平衡态热力学

利用电磁场辅助强化物理和化学过程具有显著的效果,用热力学描述电磁作用过程是一种有效的理论方法。介绍了经典热力学的基本研究方法,将介质中的电磁能量密度分解为真空部分和纯介质部分,导出了介质中极化能和磁化能的微分式。利用能量公理建立了电(磁)场作用下系统的热力学基本微分式,通过定义对应的辅助函数导出了有应用价值的偏导数等式和熵方程。利用建立的电磁热力学理论分析了热电效应和压电效应等过程,总结了电磁热力学研究方法。工作初步将电磁学和热力学相结合,对相关的理论以实验研究有一定的参考意义。     

金属蒸气电弧弧前形成过程及影响因素

为了探求金属蒸气电弧弧前形成机理及宏观参数对微观弧前过程的的影响,基于漂移扩散方程组与泊松方程,对触头分断后的金属蒸气电弧弧前过程进行了数学建模与求解.仿真分析了触头间距离为4 mm,触头间电压为750 V,金属蒸气压强为66.66 Pa,温度为293.15 K条件下金属蒸气电弧的弧前过程.通过仿真结果得到金属蒸气电弧的动态弧前过程形成机理及宏观影响因素,很好地解释了金属蒸气电弧弧前过程中空间电荷时变规律及鞘层的形成机理,并从微观角度解释了开距及二次电子发射系数变化对弧前过程的影响.     

三维非轴对称直流电弧射流过程数值模拟

基于磁流体动力学(MHD)理论,建立了三维非轴对称电弧射流流动-传热-电磁耦合模型,对直流电弧的流动、传热、电磁之间存在着的耦合过程进行了分析,模型计算结果与已有的文献数据结果进行了比较,结果吻合较好.采用有限体积法对电孤射流的温度场、流场以及电磁场进行耦合数值求解,研究了电弧在时间和空间上演变过程炉内温度场、流场的分布.输入电流为2160A时,电弧最高温度达到20000 K,最大射流速度达到1600 m/s.电弧从阴极到阳极的射流形态呈现螺旋偏转,电弧的温度场、流场分布在时间和空间上发生剧烈变化,这和文献报道的二维轴对称直流电弧模型得出的结果有明显区别.研究结果可进一步加深对直流电弧炉的起弧、偏弧以及冶炼过程的理解,对研究直流电弧形态的变化规律和电弧炉内传热过程有一定的实际指导意义.