高压大功率直流继电器电接触性能研究

发布时间：2020-09-02 18:15

　　近年来高电压、大电流、小型化、长寿命成为了大功率直流继电器更新换代的发展方向和热点。这对其触头系统的灭弧,抗熔焊等电性能提出了更高的要求。目前国内外对高压大功率直流继电器触头系统电性能影响因素的研究还比较缺乏,因此研究影响其电性能的关键因素具有重要意义。本文搭建了一套能模拟不同环境气氛条件,方便调节磁场强度和触头分断速度,能实现电压电流信号实时采集和存储的继电器触头电性能实验系统。基于采集到的电压电流波形,利用LabVIEW平台设计了一套计算燃弧时间、电弧能量、电弧电量、接触电阻的实验数据计算软件。在直流270V/100A阻性负载条件下,利用CuCr系列、CuW系列和CuMo85触头在空气和氮气中开展对称配对和非对称配对时触头通断电路实验,研究了触头材料及材料非对称配对时对触头抗熔焊性能、触头侵蚀和分断燃弧时间的影响。结果表明CuW和CuMo85比CuCr抗熔焊能力强。材料成分比例的单调变化对该系列材料的抗熔焊等电性能没有表现出单调影响规律。非对称配对时,触头电性能与阳极材料的电性能相关性较强;上述三种电性能多表现为“中间效应”。在直流200-500V,阻性电流40-150A条件下,利用CuW70和CuMo85触头在一个大气压的air、N_2、CO_2、O_2、Ar、CO_2与Ar按4:1混合及按1:1混合的七种气氛中开展实验,研究了不同环境气氛对两种触头材料分断燃弧时间、触头侵蚀和接触电阻的影响。结果表明分断燃弧时间在Ar和O_2中最长和次最长,在CO_2中较短,CO_2和Ar的混合气体表现为“中间效应”。抗侵蚀性能最好的是N_2,其次是CO_2和Ar的混合气体,表现为“最优效应”,最差的是O_2。O_2中具有最高的接触电阻,其次是air,N_2和CO_2中接触电阻低而稳定。基于CuW70和CuMo85在不同气氛中分断燃弧时间实验结果,用数据拟合的方法研究了气氛物性参数对分断燃弧时间的影响。结果表明分断燃弧时间与气氛的相对分子量、黏度、热导率正相关,与电子亲和性、电离能、比热容负相关,电子亲和性和电离能对分断燃弧时间影响较大,且影响程度接近。在直流200-500V,阻性电流40-150A,横向磁场磁感应强度为50mT、65mT、80mT,触头平均分断速度为70mm/s、85mm/s、100mm/s条件下开展CuW70触头通断电路实验。结果表明随磁感应强度增大,总分断燃弧时间、气相燃弧时间单调减小,金相燃弧时间减小与否受触头分断速度影响。随分断速度增大,总燃弧时间、金相和气相燃弧时间都单调减小。增大分断速度和磁感应强度都能减轻触头侵蚀。本文开展的触头材料及非对称配对、环境气氛、横向磁场及触头分断速度对触头分断燃弧时间、抗侵蚀等电性能影响的研究对高压大功率直流继电器的研发具有重要参考意义。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM581.4
【部分图文】：

照片,电源,照片,分度值

QS3是 3 个独立的隔离开关，作用是实现参数为 10kV/630A。R1、R2、R3是参数分70Ω/50A/3.5kV 的可调电阻，R1的分度值是值，R2和 R3均可调节输出 10-70Ω（分度值装置上的实验触头，实验过程中触头模拟装直流稳压稳流电源 E 是桥式整流电源（正面）照片，该电源的电路原理图如图 2力系统的电气隔离，由桥式整流电路N OV 0 .5V，因此该电源的负极相对于所以本文搭建的实验系统是以该电源负极安全。

示意图,触头,模拟装置,继电器

华中科技大学硕士学位论文圈通电后产生电磁吸力使电磁铁轭铁克服弹簧反力向 x 轴正方向运动，而带动动触头滑块和动触头向 x 轴正方向运动，模拟继电器触头分断电路的过程。当电磁铁线圈断电后，电磁铁吸力消失，弹簧反力使动触头滑块向 x 轴负方向运动，使动触头与静触头闭合接触，模拟继电器触头闭合电路的过程。该模拟装置能快速方便地拆卸安装触头及调整横向磁场磁感应强度，调节磁感应强度只需要调节磁场托架与触头的距离或者增减永磁体的片数，触头拆卸和组装示意图如图 2-5 所示。

照片,模拟装置,触头,腔体

图 2-9 触头模拟装置放置于腔体内的照片数据采集卡、与采集卡配套的 BNC 接线盒、采集存储程序、隔离变压器及导静电电阻组量 M 点和 N 点的电压 UM和 UN（触头两端电压）分别连接到 BNC 接线盒的 AI1 和 AI2装在工控机内的数据采集卡连接；LabVIEW UN′乘以分压比后得到 UM和 UN，并按 I，最后将 UN和 I 存储到工控机硬盘内并实能直接由市电供电，因此用隔离变压器给其系统参考点）连接，另一端与大地连接，其过程中工控机机壳和隔离变压器机壳可能积

【参考文献】