可控磁场氢气灭弧介质下直流电弧特性研究

发布时间：2023-08-25 18:53

　　我国新能源领域的快速兴起,电动汽车、全电飞机、轨道交通、光伏发电等直流供配电系统迅速发展。对直流开关的要求也日益增大。用氢气介质来提高直流电弧开断能力是具有发展潜力的灭弧技术,受到广泛研究。依靠氢气介质配合效磁吹可以冷却大电流产生的高热量、抑制电弧收缩,保持扩散态来提高电弧电压、减少触头边缘烧蚀,以实现电弧能量快速逸散,但能量逸散过程中的热力学、动力学机理研究还不够完善深入,亟待解决。氢气介质直流电弧短路开断过程中,非线性复杂系统下氢气固有特性与等离子体电弧相互影响,磁场的体积力多物理场协同下磁流体动力学力效应是使电弧能量快速逸散的重要因素,进而影响到开断能力。因此,有必要对有效磁吹氢气介质直流电弧的特性进行研究,以指导大开断容量开关电器的装备制造。本文利用Eindhoven微观电弧模型,考虑道尔顿分压定律、电荷准中性条件、质量作用定律和化学计量平衡条件,建立不同比例氢氮度下平衡态电弧等离子体微观模型。得到在上述条件下的各种粒子数密度的非线性方程组,对该非线性方程组采用牛顿迭代的方法进行编程计算,得到不同比例氢氮气体电弧物性参数,其中包括电导率、热导率、密度、粘度等参数,为宏观电弧仿真...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 课题研究的目的和意义
    1.3 国内外发展现状
        1.3.1 有触点直流接触器发展现状
        1.3.2 国内外磁场对电弧的作用研究现状
        1.3.3 开关电器中气体电弧及灭弧介质的研究现状
        1.3.4 开关电器电弧数学模型的发展研究现状
    1.4 论文主要研究工作
第2章 氢氮混合介质电弧物性参数的计算
    2.1 引言
    2.2 氢气电弧等离子体假设
    2.3 氢气电弧等离子体物性参数
    2.4 氢氮混合介质等离子体物性参数
        2.4.1 电弧等离子体组分的计算方法
        2.4.2 电弧等离子体粒子碰撞积分及热力学参数计算方法
    2.5 本章小结
第3章 氢气及氢氮混合介质直流接触器分断电弧动态仿真
    3.1 引言
    3.2 电弧动态磁流体动力学模型方程
    3.3 几何模型和边界条件的建立
    3.4 电弧分断过程分析
        3.4.1 温度场分析
        3.4.2 氢氮混合介质特性曲线分析
    3.5 电弧分断过程分析
        3.5.1 弧根转移情况
        3.5.2 弧背后重击穿现象
    3.6 本章小结
第4章 不同磁场下直流接触器电弧分断电弧动态仿真分析
    4.1 引言
    4.2 横向磁场电弧仿真分析
    4.3 纵向磁场电弧仿真分析
    4.4 变化的横向磁场电弧仿真分析
        4.4.1 随时间变化的横向磁场电弧仿真分析
        4.4.2 随空间变化的横向磁场电弧仿真分析
    4.5 线圈磁场下电弧仿真分析
        4.5.1 单线圈、赫姆霍兹磁场下电弧温度场仿真分析
        4.5.2 单线圈、赫姆霍兹磁场下电弧流场仿真分析
    4.6 本章小结
第5章 桥式触头直流接触器电弧分断特性实验研究
    5.1 引言
    5.2 直流实验回路设计
    5.3 直流电弧特性的影响因素分析
        5.3.1 不同横向磁场实验研究
        5.3.2 不同纵向磁场实验研究
        5.3.3 不同电流实验研究
        5.3.4 不同开断速度实验研究
    5.4 混合介质对直流电弧特性的影响分析
        5.4.1 不同电流下氢氮混合介质直流电弧特性的影响分析
        5.4.2 磁场、开断速度对氢氮混合介质直流电弧特性的影响分析
    5.5 氢氮介质中电弧重击穿因素分析
        5.5.1 磁场对氢氮介质中电弧重击穿现象的影响
        5.5.2 开距对重击穿的影响
        5.5.3 电流对直流电弧重击穿特性的影响分析
        5.5.4 H₂，N₂，H₂-N₂混合气体的电弧特性实验
    5.6 本章小结
第6章 结论
参考文献
在学研究成果
致谢



本文编号：3843125