基于光流场和PIV技术的真空电弧流场运动特性研究
发布时间：2021-06-14 00:04
随着真空开关向高电压、大容量开断领域渗透,开展真空电弧相关理论及其调控规律的深入研究对促进真空开关的发展意义重大。真空电弧作为流体,其运动具有复杂性和多样性,而电弧流场结构及分布对真空开关综合性能有着重要影响,因此,如何实现电弧流场运动特性研究是真空开关研究领域重要课题之一。基于此,本文以真空开关电弧序列图像复杂流场作为研究对象,提出了基于光流场和PIV技术的真空开关电弧流场运动特性研究方法,为后续丰富电弧调控理论奠定基础。本文通过进行分闸电弧实验,利用CMOS相机对拉弧过程的序列图像进行采集得到了 434帧分闸电弧图像。采集得到的电弧运动序列图像,具有亮度高、电弧形态变化剧烈等特点。在对电弧图像进行预处理后,首先根据光流计算基本原理,选择Hom-Schunck算法进行编程,然后利用MATLAB对相邻两帧电弧图像进行光流计算,得到电弧光流场矢量分布图,进而实现对电弧粒子运动速度的测量。结果表明该方法能够有效获取真空电弧光流场运动特征,实现了电弧粒子运动方向和大小的描述,并显示出电弧在磁场作用下的多个局部涡流区,可用于电弧流场特性的诊断,可行性高。为了获得更精确的真空电弧流场信息,本文将...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１真空开关基本结构示意图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｂａｓｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＶＣＢ??
１．２真空开关基本结构??传统的真空开关主要由五部分组成，分别是真空灭弧室、绝缘支撑、传动机构、基??座和操动机构［１８］，如图１．１所示，其中，真空开关的综合性能主要由真空灭弧室决定；??绝缘支撑起到对真空开关整体的支撑和绝缘保护作用；操动机构和真空灭弧室由传动机??构连接，该结构可将操动机构的运动有效地传递给真空灭弧室的动触头，使触头完成分??闸时的开、合运动：基座对真空开关整体起到支撑和保护的作用。通常所说的操动系统??是指传动机构与操动机构统称的统称，并且真空开关的使用性能主要由操动系统的可靠??性决定。经统计，将近５０％的真空开关运行事故是由操动系统故障引起，因此，高可靠??性的操动系统是真空开关成功开关从而保护电路的重要因素之一［１９］。??Ｉ?｜｜?１??Ｉｚ，１??丨，２??ＩＳ—ｈｒｌ??３１＾１１??５１?ｒｐ?／??１）真空灭弧室：２）绝缘支撑：３）传动机构：４）基座；５）操动机构??图１．１真空开关基本结构示意图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｂａｓｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＶＣＢ??真空开关的核心部件是真空灭弧室，主要由触头、屏蔽罩、导电杆、波纹管、端盖??和绝缘外壳组成，如图１．２所示。真空灭弧室是一个高度密封的真空容器。为保证真空??灭弧室的工作环境恒定高度真空
按需调节参数等特点。本文所设计的分闸电弧实验需要５０ｋＡ的工频大电流，因此采用??大连理工大学电力电子研宄所的设备进行实验。??触头分闸电弧实验主回路如图２．１所示，电容Ｃ和电感Ｌ组成的ＬＣ振荡电路作为??电源；Ｓ１为交流电源控制开关，Ｓ２为充电电路控制开关；Ｄ１和Ｄ２是充电电路中的整??流二极管；Ｔ是变压器；Ｒ是限流电阻；ＣＢ是控制电容放点的开关，为灭弧室提供负??载电流。??．＇?丁?，??Ｓ１?）?（?Ｓ２?Ｃ３??｜?Ｉ￣?＇?Ｉ?２３６？如Ｆ?丁巳??１?１?ｍ??Ｒ?Ｃ??Ｉ——??，＾?，?２?３６．?４ｍ?Ｆ???????ｋ，????ｎ■丫???１?丄?Ｌ??Ｄ１?—??图２．１拉弧实验主回路??Ｆｉｇ．?２．１?Ｍａｉｎ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｏｆ?ａｒｃ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电弧图像的中频真空电弧阳极燃烧特性研究[J]. 赵云峰,王永兴,邹积岩,董文亮. 高压电器. 2017(03)
[2]高电压等级真空开断技术[J]. 王建华,耿英三,刘志远,闫静. 高压电器. 2017(03)
[3]环保气体绝缘金属封闭开关设备研究现状及发展动向[J]. 陈波,许爱东,韩利群,王俊丰,曾永浩,李新帅,林跃江. 科技创新与应用. 2017(03)
[4]基于PIV技术真空开关电弧流场实验研究[J]. 董华军,康凯,臧侃,郭方准,邹积岩. 真空科学与技术学报. 2014(06)
[5]大尺寸电极条件下大电流真空电弧特性的仿真[J]. 王立军,胡丽兰,周鑫,贾申利,王海靖,史宗谦. 电工技术学报. 2013(02)
[6]运动细节估计的光流场方法[J]. 潘金山,苏志勋,王伟. 计算机辅助设计与图形学学报. 2011(08)
[7]CMOS与CCD图像传感器的比较研究和发展趋势[J]. 王旭东,叶玉堂. 电子设计工程. 2010(11)
[8]自适应直方图均衡化算法在图像增强处理的应用[J]. 毛本清,金小梅. 河北北方学院学报(自然科学版). 2010(05)
[9]外二次旋流风对旋流煤粉燃烧及NO生成的影响[J]. 胡瓅元,罗永浩,周力行,徐采松. 化工学报. 2010(09)
[10]浅谈我国高压开关设备的发展[J]. 李谋智. 科技信息. 2009(27)
博士论文
[1]柴油机缸内流场的PIV技术应用研究及数值模拟[D]. 梁桂华.大连理工大学 2009
[2]基于光控模块的多断口真空开关研究[D]. 廖敏夫.大连理工大学 2004
硕士论文
[1]基于MATLAB的数字图像处理系统研究[D]. 梁原.长春理工大学 2008
[2]基于多尺度的光流算法在PIV中的应用[D]. 孙立志.大连理工大学 2006
[3]PIV测试中示踪粒子性能的研究[D]. 赵宇.大连理工大学 2004
本文编号：3228627
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１真空开关基本结构示意图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｂａｓｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＶＣＢ??
１．２真空开关基本结构??传统的真空开关主要由五部分组成，分别是真空灭弧室、绝缘支撑、传动机构、基??座和操动机构［１８］，如图１．１所示，其中，真空开关的综合性能主要由真空灭弧室决定；??绝缘支撑起到对真空开关整体的支撑和绝缘保护作用；操动机构和真空灭弧室由传动机??构连接，该结构可将操动机构的运动有效地传递给真空灭弧室的动触头，使触头完成分??闸时的开、合运动：基座对真空开关整体起到支撑和保护的作用。通常所说的操动系统??是指传动机构与操动机构统称的统称，并且真空开关的使用性能主要由操动系统的可靠??性决定。经统计，将近５０％的真空开关运行事故是由操动系统故障引起，因此，高可靠??性的操动系统是真空开关成功开关从而保护电路的重要因素之一［１９］。??Ｉ?｜｜?１??Ｉｚ，１??丨，２??ＩＳ—ｈｒｌ??３１＾１１??５１?ｒｐ?／??１）真空灭弧室：２）绝缘支撑：３）传动机构：４）基座；５）操动机构??图１．１真空开关基本结构示意图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｂａｓｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＶＣＢ??真空开关的核心部件是真空灭弧室，主要由触头、屏蔽罩、导电杆、波纹管、端盖??和绝缘外壳组成，如图１．２所示。真空灭弧室是一个高度密封的真空容器。为保证真空??灭弧室的工作环境恒定高度真空
按需调节参数等特点。本文所设计的分闸电弧实验需要５０ｋＡ的工频大电流，因此采用??大连理工大学电力电子研宄所的设备进行实验。??触头分闸电弧实验主回路如图２．１所示，电容Ｃ和电感Ｌ组成的ＬＣ振荡电路作为??电源；Ｓ１为交流电源控制开关，Ｓ２为充电电路控制开关；Ｄ１和Ｄ２是充电电路中的整??流二极管；Ｔ是变压器；Ｒ是限流电阻；ＣＢ是控制电容放点的开关，为灭弧室提供负??载电流。??．＇?丁?，??Ｓ１?）?（?Ｓ２?Ｃ３??｜?Ｉ￣?＇?Ｉ?２３６？如Ｆ?丁巳??１?１?ｍ??Ｒ?Ｃ??Ｉ——??，＾?，?２?３６．?４ｍ?Ｆ???????ｋ，????ｎ■丫???１?丄?Ｌ??Ｄ１?—??图２．１拉弧实验主回路??Ｆｉｇ．?２．１?Ｍａｉｎ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｏｆ?ａｒｃ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电弧图像的中频真空电弧阳极燃烧特性研究[J]. 赵云峰,王永兴,邹积岩,董文亮. 高压电器. 2017(03)
[2]高电压等级真空开断技术[J]. 王建华,耿英三,刘志远,闫静. 高压电器. 2017(03)
[3]环保气体绝缘金属封闭开关设备研究现状及发展动向[J]. 陈波,许爱东,韩利群,王俊丰,曾永浩,李新帅,林跃江. 科技创新与应用. 2017(03)
[4]基于PIV技术真空开关电弧流场实验研究[J]. 董华军,康凯,臧侃,郭方准,邹积岩. 真空科学与技术学报. 2014(06)
[5]大尺寸电极条件下大电流真空电弧特性的仿真[J]. 王立军,胡丽兰,周鑫,贾申利,王海靖,史宗谦. 电工技术学报. 2013(02)
[6]运动细节估计的光流场方法[J]. 潘金山,苏志勋,王伟. 计算机辅助设计与图形学学报. 2011(08)
[7]CMOS与CCD图像传感器的比较研究和发展趋势[J]. 王旭东,叶玉堂. 电子设计工程. 2010(11)
[8]自适应直方图均衡化算法在图像增强处理的应用[J]. 毛本清,金小梅. 河北北方学院学报(自然科学版). 2010(05)
[9]外二次旋流风对旋流煤粉燃烧及NO生成的影响[J]. 胡瓅元,罗永浩,周力行,徐采松. 化工学报. 2010(09)
[10]浅谈我国高压开关设备的发展[J]. 李谋智. 科技信息. 2009(27)
博士论文
[1]柴油机缸内流场的PIV技术应用研究及数值模拟[D]. 梁桂华.大连理工大学 2009
[2]基于光控模块的多断口真空开关研究[D]. 廖敏夫.大连理工大学 2004
硕士论文
[1]基于MATLAB的数字图像处理系统研究[D]. 梁原.长春理工大学 2008
[2]基于多尺度的光流算法在PIV中的应用[D]. 孙立志.大连理工大学 2006
[3]PIV测试中示踪粒子性能的研究[D]. 赵宇.大连理工大学 2004
本文编号：3228627
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