磁场对真空电弧等离子体特性的影响研究

发布时间：2017-10-19 14:16

  本文关键词：磁场对真空电弧等离子体特性的影响研究

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【摘要】：随着高压交直流输电工程与新能源技术的发展，开关电器作为交直流电力系统中的重要核心部件，，其担负着控制和保护的双重任务，基本功能是关合和开断电路，进而改变系统的连接方式和拓扑结构。真空开关相比于其它开关电器有着污染小、免维护等优点，在中置柜、配电网等领域得到广泛应用，在中压等级电力系统中占居主导地位，真空开关绝缘与开断关键技术研究具有重要意义，已成为开关行业内研究热点之一。 真空开关开断过程中，灭弧室内触头间将不可避免产生电弧，电弧的产生可能延迟电路开断甚至烧毁触头以及破坏绝缘。因此，电弧特性分析是高技术参数大容量真空开关自主研发的关键问题。本文以真空断路器为研究对象，采用有限元方法对真空电弧特性及其影响因素进行定量分析，旨在支持真空开关在直流开断领域的应用。 直流电弧由于不存在电流自然过零点，相比于交流电弧，其开断更加困难，本文通过建立电弧等离子体流体—化学混合模型，考虑经典扩散、漂移等流体理论与电子碰撞电离和激发等化学反应的影响，应用场路耦合方法对交直流真空电弧瞬态燃弧特性进行仿真研究，对比得出：在电弧电流相同情况下，交流电弧等离子体参数分布与相应的直流电弧等离子体参数分布相同。 真空断路器触头结构可分为纵磁与横磁结构，不同的磁场作用方式对电弧影响各异。本文通过建立二维等效触头系统模型，结合交直流真空电弧等离子体特性，数值模拟纵向磁场与横向磁场作用下的交直流真空电弧燃弧特性，描述磁场作用下瞬时真空电弧的发展。分析比较得出：无论是在交流还是直流激励条件下，纵向磁场均使得真空电弧呈扩散状态，而横向磁场均使得真空电弧产生偏移，有助于电弧弧根运动。等量的纵向磁场与横向磁场作用分别对交流与相应的直流电弧等离子体参数分布影响相同。其中，纵向磁场与横向磁场都会削弱真空电弧电离过程。
【关键词】：真空电弧 直流 交流 纵向磁场 横向磁场 流体化学混合模型
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM561.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 真空电弧的研究现状与发展10-11
• 1.3 真空电弧模型的研究现状与发展11-12
• 1.3.1 宏观模型的发展现状11
• 1.3.2 微观模型的发展现状11-12
• 1.4 真空灭弧室磁场的研究现状与发展12-13
• 1.5 本文主要研究内容13-14
• 第2章 真空电弧二维模型14-31
• 2.1 真空电弧的产生与熄灭14-16
• 2.2 触头系统模型16-17
• 2.2.1 纵磁触头模型16-17
• 2.2.2 横磁触头模型17
• 2.3 数学模型17-30
• 2.3.1 化学反应方程17-19
• 2.3.2 流体模型19-27
• 2.3.3 电磁场方程27-28
• 2.3.4 边界条件28-30
• 2.4 小结30-31
• 第3章 纵向磁场对真空电弧等离子体特性的影响研究31-49
• 3.1 直流真空电弧等离子体初期放电形式31-35
• 3.1.1 电路模型31
• 3.1.2 物理模型31-32
• 3.1.3 模型的假设条件32
• 3.1.4 模型的设定32-34
• 3.1.5 直流真空电弧初期放电形式结果分析34-35
• 3.2 纵向磁场对放电初期直流真空电弧等离子体特性的影响研究35-38
• 3.3 纵向磁场对燃弧期间交流与直流真空电弧等离子体特性的影响研究38-48
• 3.3.1 电路模型38-39
• 3.3.2 物理模型39
• 3.3.3 触头纵向磁场分布分析39-41
• 3.3.4 交流与直流真空电弧等离子体参数分布对比41-44
• 3.3.5 纵向磁场对交流与直流真空电弧等离子体特性影响的比较研究44-48
• 3.4 小结48-49
• 第4章 横向磁场对真空电弧等离子体特性的影响研究49-64
• 4.1 物理模型49
• 4.2 触头横向磁场分布分析49-51
• 4.3 横向磁场对交流与直流真空电弧等离子体特性的影响研究51-57
• 4.3.1 横向磁场对交流与直流真空电弧电子密度分布影响研究51-53
• 4.3.2 横向磁场对直流真空电弧等离子体特性的影响研究53-57
• 4.4 横向磁场对交流与直流真空电弧等离子体特性影响的比较研究57-63
• 4.5 小结63-64
• 第5章 纵向磁场与横向磁场对真空电弧等离子体特性影响的比较分析64-68
• 5.1 纵磁与横磁对真空电弧等离子体参数的影响分析64-67
• 5.2 小结67-68
• 第6章 结论68-70
• 参考文献70-74
• 在学研究成果74-75
• 致谢75

【参考文献】

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本文编号：1061561