触头旋转开断对直流空气电弧影响规律的研究

发布时间：2020-07-07 17:59

【摘要】：低压直流开关作为日常生产和生活中必不可少的电器元件,因其优越的性能、简单的结构、低廉的价位等优势,广泛受到用户的欢迎,一直沿用到现在。但在国际上开关电器竞争俞发激烈,如何提高产品的技术性能指标是目前研究的重点。目前,触头大多采用的是直线运动方式开断的,通过改变触头的开断方式,掌握触头不同开断方式下电弧的动态特性,探索有利于电弧熄灭的触头开断方式,对于缩小燃弧时间,减小电弧对触头的烧蚀有重要意义。本课题针对触头旋转开断对直流空气电弧影响规律的研究,提出直线+旋转运动的触头开断方案,并与触头直线开断过程中电弧的动态特性进行对比分析。以磁流体动力学理论(MHD)为基础,建立三维直流空气电弧的数学模型,通过多物理场耦合仿真得到触头不同开断方式对直流空气电弧运动过程中弧根位置、弧柱体流速和电弧温度的对比分布。分析表明:触头直线+旋转运动开断较触头直线运动开断加速了弧柱体的流动,加速了电弧温度的降低,更有利于电弧熄灭。对于触头直线+旋转运动开断,通过改变触头的直线运动速度和旋转运动速度,利用数值仿真计算从本质上认识触头不同开断速度下电弧动态特性差异的内在机理,得到更有利于电弧熄灭的触头开断速度配合。研究表明:在本文的速度范围内,触头直线速度为1.2m/s、旋转速度为1ms旋转2°较其他触头开断速度,更有利于电弧的熄灭。为验证仿真结果,本文搭建实验平台。利用高速摄像机拍摄触头分断过程中的电弧图像,利用数据采集系统采集电弧电压、电弧电流波形,并分析触头不同开断方式、不同开断速度对电弧动态行为的影响。将实验结果与相应条件下的仿真结果进行对比分析,仿真结果和实验结果具有一致性。本文的研究内容对于低压电器触头开断方式的改进有一定的指导意义。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM501.2
【图文】：

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真软件进行数值仿真分析。电弧的弧柱区域本质上是热等离子体性良好的特征，利用数值仿真对电弧的一些基本现象及运动过程基本特性及开关电器的开断性能研究的重要辅助手段。本章针对直流空气电弧动态特性的研究，提出直线+旋转运动的触头开断断过程中电弧动态特性进行对比分析。为此，以磁流体动力学理论立三维直流空气电弧的数学模型，通过多物理场耦合仿真得到两流空气电弧运动过程中弧根位置、弧柱体流速以及电弧温度的对利于电弧熄灭的触头开断方式。的开断方案触头不同开断方式下电弧的运动特性，本文提出直线+旋转运动的触头直线开断过程进行对比分析，如图 3.1 所示。图 3.1a 中，动触做直线运动；图 3.1b 中，动触头沿着圆柱的轴向下做直线运动的动。

电弧等离子体,场量,作用过程,运动过程

沈阳工业大学硕士学位论文异甚至达到十个以上的数量级[61]。由于等离子体的这度等方面），相关学者常常将其进行分类研究。最常用据这个标准等离子体分为 3 类：非热力学平衡态等离ium，NLTE）、热力学平衡态等离子体（CompleteThe热力学平衡态等离子体（Local Thermal Equilibrium，研究的直流空气电弧，属于热等离子体的一种，从仿条件（LTE），其数值过程可以通过磁流体动力学（MH论（MHD）描述了电弧等离子体中各物理场相互作用离子体运动过程中各场量作用过程。

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b XY 坐标系示意图图 3.3 触头开断的几何模型ig. 3.3 Geometric model of contact break过程时，静触头保持不变，为研究断时动触头以一定的速度向下运动下运动的同时做旋转运动。计算区域中边界是随时间移动或者中采用网格变形和更新。网格变形网格变形时，指定动触头表面网动速度进行设置（触头直线+旋转运速度这两个速度）。初始网格划分后解二阶 Laplace 方程获得计算区域格变形的期间，当网格质量低于

【参考文献】