直流空气电弧作用下触头烧蚀特性

触头烧蚀会影响低压断路器的使用寿命和可靠性,研究触头烧蚀特性对于低压断路器的研制具有重要意义。为此建立了直流空气电弧作用下的触头烧蚀模型,考虑蒸发和喷溅两种烧蚀机制。针对触头熔池的传热和流动现象,建立了熔池的二维磁流体动力学模型,并结合熔化凝固模型模拟触头熔化相变过程。在熔池模型的基础上,建立蒸发和喷溅烧蚀模型。基于Langmuir方程和气体动力学理论建立蒸发模型,综合考虑沸点以下蒸发过程和沸点以上蒸发过程,分析蒸发通量与熔池表面温度的关系。基于概率统计理论建立喷溅烧蚀模型,得到材料的喷溅烧蚀质量。此外,定量分析触头材料、电流、触头尺寸和触头形状4种因素对触头烧蚀特性的影响,以期得到降低触头烧蚀的方法。研究结果表明:电流低于20 A时以蒸发烧蚀为主,电流高于200 A时以喷溅烧蚀为主;在保证触头尺寸大于熔池尺寸的前提下,减小圆柱形触头的半径,可降低触头材料烧蚀,但触头尺寸对触头烧蚀的影响很微弱;同等条件下半球形触头烧蚀质量最大,其次是圆台形,圆柱形触头烧蚀质量最小。