多种灭弧介质直流接触器样机设计及实验分析

发布时间：2021-05-25 11:22

　　我国新能源领域快速兴起,电动汽车、全电飞机、光伏发电等直流供配电系统得到迅速发展。直流接触器作为分断直流回路的重要开关器件,具有功耗低、灵敏度高等优点,其电寿命及可靠性直接关乎设备运行的成功与否,甚至是危及人身财产的安全。直流接触器触头打开时不可避免产生电弧,高温电弧剧烈燃烧对触头表面产生烧蚀,造成触头材料损失,导致分断失败,因此研究直流接触器电弧的燃弧特性成为提高其可靠性和电寿命的核心所在。本文通过实验和仿真手段,研究不同灭弧介质下压强、磁场、分断速度等多物理因素对直流电弧特性的影响,寻找最有利于灭弧的参数,有助于揭示H₂等介质直流开关短路开断过程。结合国内外研究现状及现有直流接触器产品,本文对实验样机进行结构设计,该样机能够实现灭弧介质及压强可改变、吹弧磁场强度及触头分断速度可调节等功能,且安装、操作方便,能够模拟直流接触器实际工作过程。样机实验回路搭建为直流220V/200A阻性回路;硬件检测电路设计包括采集卡、传感器、调理电路等方面;电控采集系统基于LabVIEW软件开发,包括控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据显示模块等,能够完成对实验过程的控制、... 

【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
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 直流接触器电弧实验装置研究现状
        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 论文主要工作和总体框架
第2章 多种灭弧介质直流接触器样机结构设计
    2.1 引言
    2.2 实验样机总体设计方案
    2.3 灭弧室结构设计
        2.3.1 灭弧室外壳设计
        2.3.2 触头系统设计
        2.3.3 永磁块支架设计
    2.4 灭弧室密封结构设计
        2.4.1 前、后两端盖与玻璃罩间的密封设计
        2.4.2 固定静触头柱与前端盖之间密封设计
        2.4.3 动触头轴与后端盖之间密封设计
    2.5 气动操动机构设计
        2.5.1 操动机构整体结构
        2.5.2 操动机构气缸动力分析
    2.6 样机特性参数的测试
        2.6.1 动触头动态特性曲线测试
        2.6.2 接触电阻测试方法
        2.6.3 磁感应强度测试方法
    2.7 灭弧室充气管路设计
    2.8 本章小结
第3章 多种灭弧介质直流接触器样机实验平台的搭建
    3.1 引言
    3.2 直流实验回路设计
    3.3 数据采集及测控电路设计
        3.3.1 电压、电流互感器的选择
        3.3.2 位移传感器的选择
        3.3.3 采集卡
        3.3.4 继电器控制电路设计
        3.3.5 RS485通信与CRC16校验
    3.4 电控采集系统设计
        3.4.1 程序设计框架
        3.4.2 程序主控模块
        3.4.3 数据采集参数配置模块
        3.4.4 数据波形显示模块
        3.4.5 数据处理模块
        3.4.6 数据保存模块
    3.5 本章小结
第4章 多种灭弧介质直流接触器电弧分断特性实验研究
    4.1 引言
    4.2 直流电弧典型波形分析
    4.3 直流电弧特性的影响因素分析
        4.3.1 灭弧介质对直流电弧特性的影响分析
        4.3.2 气体压强对直流电弧特性的影响分析
        4.3.3 磁场对直流电弧特性的影响分析
        4.3.4 分断速度对直流电弧特性的影响分析
    4.4 直流熄弧不利现象及解决措施分析
        4.4.1 端口过电压分析
        4.4.2 氢、氮混合气体开断性能分析
    4.5 本章小结
第5章 直流电弧MHD仿真分析
    5.1 引言
    5.2 电弧MHD模型的建立
        5.2.1 电弧模型的LTE假设
        5.2.2 电弧MHD模型的基本方程
        5.2.3 几何模型和边界条件的建立
    5.3 影响电弧特性的关键因素仿真分析
        5.3.1 不同介质电弧仿真分析
        5.3.2 不同磁场电弧仿真分析
    5.4 典型实验情况与极限开断能力仿真分析
        5.4.1 典型实验电弧动态过程仿真分析
        5.4.2 极限开断能力仿真分析
    5.5 本章小结
第6章 结论
参考文献
在学研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]直流氢气-氮气混合气体电弧开断过程实验研究[J]. 辛超,武建文.  电工技术学报. 2015(13)
[2]电动汽车用直流接触器的设计[J]. 刘传亭,白云飞,曹文宇.  电器与能效管理技术. 2014(23)
[3]大功率直流接触器接触电阻设计技术研究[J]. 邵冬阳.  电工电气. 2014(06)
[4]电动汽车高压电气系统安全性研究[J]. 唐瑜亮.  汽车电器. 2014(05)
[5]气氛对继电器触头性能影响研究综述[J]. 李晨,李震彪.  电工材料. 2012(04)
[6]Numerical Study on Arc Plasma Behavior During Arc Commutation Process in Direct Current Circuit Breaker[J]. 杨飞,马瑞光,吴翊,孙昊,纽春萍,荣命哲.  Plasma Science and Technology. 2012(02)
[7]高温氮气电弧等离子体物性参数的计算分析[J]. 王伟宗,荣命哲,Anthony B.Murphy,吴翊,苏海博,杨飞.  高电压技术. 2010(11)
[8]我国继电器行业发展现状及对策分析[J]. 仰长清.  全国商情(理论研究). 2010(16)
[9]直流电弧静态电压电流特性与稳定燃烧点[J]. 任万滨,余琼,翟国富.  电气电子教学学报. 2010(01)
[10]小型断路器灭弧室的仿真与实验分析[J]. 孙志强,吴翊,荣命哲,杨飞,郭瑾.  低压电器. 2010(03)

博士论文
[1]航天继电器分断电弧及其抑制措施的仿真和实验研究[D]. 周学.哈尔滨工业大学 2011

硕士论文
[1]桥式触头分断电弧特性实验研究[D]. 刘亚奇.哈尔滨工业大学 2013
[2]磁场作用下的电弧及电腐蚀特性的研究[D]. 崔行磊.哈尔滨工业大学 2010
[3]高功率氢气开关的初步研究[D]. 殷毅.国防科学技术大学 2006



本文编号：3205251