动车主断路器CuCr触头热电性能研究
发布时间：2021-12-24 09:52
动车主断路器是动车组供电系统的重要部件,一旦发生故障,就可能造成动车组高压设备的严重损坏,也会威胁到乘客的生命安全。触头作为主断路器的核心部位,其材料组织性能的优劣直接影响着主断路器的开断成功与否,因此,研究主断路器触头的组织性能对提高动车安全性及可靠性具有极其重要的意义。本文采用热等静压技术（hot isostatic pressing,简称HIP）在不同的烧结温度下制备了致密均匀的CuCr触头材料,并对CuCr触头的热电性能展开深入且系统的研究。具体研究内容和成果总结如下:（1）采用HIP在不同的烧结温度下制备组织致密均匀的CuCr触头材料,其关键的氧、氮含量优于国家标准要求,经研究发现:随着HIP烧结温度的上升,CuCr合金材料中Cr颗粒度增大。（2）分析测试CuCr触头的电击穿性能,结果表明:随着Cr粒子半径的减小,合金的致密度和硬度会提升,而电导率会有所下降。对CuCr触头进行电击穿实验并分析其电击穿后的微观形貌,发现随着Cr相颗粒度增大,电击穿烧蚀面积增大,击穿烧蚀痕迹有明显向外延展的趋势,烧蚀坑的深度也会加深。（3）分析击穿场强与击穿次数的函数图象得出:降低Cr颗粒度的大...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
动车供电系统图
西安建筑科技大学硕士学位论文2的灭弧能力强，可靠度高，这一系列优点[7]，促使真空断路器成为新时代理想的开关设备，被广泛应用于各行业的电力系统中，如高铁主断路器、高压输电线上的断路器等。真空断路器的结构如图1.2所示。断路器的核心灭弧室是一个气密性极高的真空腔体，对灭弧室真空度的要求是在10-3-10-7Pa这个范围内，外部被绝缘的瓷壳包裹，一端由静盖板封闭固定，另一端是动导电杆，动静触头作为真空断路器的“心脏”，承受着高压电弧的烧蚀作用，其成功的断开与接触直接决定着断路器的正常运行。图1.2真空断路器结构示意图1.1.2真空击穿真空击穿是指，由于在断路器动静触头上施加高电压的缘故，真空灭弧室中的真空介质放电且产生电弧，导致绝缘的真空间隙被导通的现象[9]。油类和SF6气体类断路器击穿机理：由于气体和油等介质分子密度较大，在高电压作用下自由电子被迫向阳极转移，在此过程中碰撞介质分子，使其电离，新的粒子又会产生继续不断碰撞，这样在介质中形成放电通道，导致断路器被击穿。真空断路器的击穿本质与此不同，真空灭弧室真空度的要求是在10-3-10-7Pa，气体分子非常少，
西安建筑科技大学硕士学位论文8的CuCr合金，导致材料电导率较低。2）电弧熔炼法电弧熔炼法又叫做自耗电极熔炼工艺，该工艺首先是将Cu和Cr按所需比例制成自耗电极，后在电弧熔炼设备中，高温将其快速熔化，并在结晶器中迅速结晶形成铸锭，整个过程在惰性气体保护氛围下进行。图1.5为电弧熔炼炉原理示意图。图1.5电弧熔炼炉原理示意图[30]该工艺特点是[31-33]：制备得到的CuCr合金晶粒细小，含气量低，纯度高，材料力学性能较好；但对坩埚、结晶器以及搅拌器的要求较高，导致生产成本上升，生产周期延长，不利于大规模生产。3）粉末冶金法粉末冶金是按照一定比例，将粉末充分混合后，在保护气氛下经压制成型和烧结制得到所需材料的一种工艺方法。该工艺步骤如图1.6所示。铜粉处理破碎过筛铬粉处理破碎过筛混合压制成型烧结复压添加剂热处理后续处理图1.6粉末冶金法工艺步骤
【参考文献】：
期刊论文
[1]CuCr触头制造工艺分析[J]. 方敏,吴彩霞,余贤旺,田军花,丁枢华. 浙江冶金. 2013 (03)
[2]电弧作用下银基触头温度场的有限体积法分析[J]. 熊惟皓,傅江华,徐坚,李震彪. 华中科技大学学报(自然科学版). 2008(04)
[3]Cu-Cr触头材料的制备方法及进展[J]. 李晓燕,王顺兴,田保红. 有色金属加工. 2007(04)
[4]铜钨/铬青铜整体触头的真空烧结熔渗[J]. 王新刚,温久然,朱金泽,周宁. 中国钨业. 2007(04)
[5]TiC对CuW触头材料组织与性能的影响[J]. 杨晓红,范志康,梁淑华,肖鹏. 稀有金属材料与工程. 2007(05)
[6]真空断路器的发展趋势[J]. 胡民杰. 科技资讯. 2007(12)
[7]焊接热过程数值分析中相变潜热的三种解决方案[J]. 赵明,武传松,陈茂爱. 焊接学报. 2006(09)
[8]提高真空断路器运行的可靠性[J]. 熊泰昌. 上海电力. 2006(02)
[9]提高真空断路器运行的可靠性[J]. 熊泰昌. 上海电力. 2006 (02)
[10]真空断路器的应用现状与开发前景[J]. 裴爱华,陈炜. 电力设备. 2006(03)
博士论文
[1]Ti3SiC2/Cu复合材料的制备及真空触头应用基础研究[D]. 路金蓉.北京交通大学 2015
[2]难加工材料热等静压近净成形工艺基础及零件性能研究[D]. 王基维.华中科技大学 2012
[3]金属粉末热等静压致密化数值模拟与试验研究[D]. 刘国承.华中科技大学 2011
[4]超高压CuW/CuCr整体电触头材料的研究[D]. 杨晓红.西安理工大学 2009
硕士论文
[1]CuCr触头材料热等静压致密化数值模拟研究[D]. 张院.西安建筑科技大学 2017
[2]CuCr真空触头材料的制备及其组织与性能的研究[D]. 郭鹏超.西南交通大学 2017
[3]车载真空断路器的电应力分析与剩余寿命研究[D]. 欧阳乐成.西南交通大学 2013
[4]热等静压Inconel625合金组织与性能研究[D]. 张谦.华中科技大学 2013
[5]浸入式水口导流装置的成型过程数值模拟[D]. 汪旭.太原科技大学 2012
[6]无粘结剂炭材料制备及其性能的研究[D]. 肖勇.湖南大学 2007
[7]CuWCr复合材料组织演变及其对电性能的影响[D]. 杨晓康.西安理工大学 2007
[8]基于计算机仿真的焊接热循环有限元分析[D]. 尹立孟.新疆大学 2006
[9]CuWCr复合材料击穿特性的研究[D]. 彭清艳.西安理工大学 2005
本文编号：3550269
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
动车供电系统图
西安建筑科技大学硕士学位论文2的灭弧能力强，可靠度高，这一系列优点[7]，促使真空断路器成为新时代理想的开关设备，被广泛应用于各行业的电力系统中，如高铁主断路器、高压输电线上的断路器等。真空断路器的结构如图1.2所示。断路器的核心灭弧室是一个气密性极高的真空腔体，对灭弧室真空度的要求是在10-3-10-7Pa这个范围内，外部被绝缘的瓷壳包裹，一端由静盖板封闭固定，另一端是动导电杆，动静触头作为真空断路器的“心脏”，承受着高压电弧的烧蚀作用，其成功的断开与接触直接决定着断路器的正常运行。图1.2真空断路器结构示意图1.1.2真空击穿真空击穿是指，由于在断路器动静触头上施加高电压的缘故，真空灭弧室中的真空介质放电且产生电弧，导致绝缘的真空间隙被导通的现象[9]。油类和SF6气体类断路器击穿机理：由于气体和油等介质分子密度较大，在高电压作用下自由电子被迫向阳极转移，在此过程中碰撞介质分子，使其电离，新的粒子又会产生继续不断碰撞，这样在介质中形成放电通道，导致断路器被击穿。真空断路器的击穿本质与此不同，真空灭弧室真空度的要求是在10-3-10-7Pa，气体分子非常少，
西安建筑科技大学硕士学位论文8的CuCr合金，导致材料电导率较低。2）电弧熔炼法电弧熔炼法又叫做自耗电极熔炼工艺，该工艺首先是将Cu和Cr按所需比例制成自耗电极，后在电弧熔炼设备中，高温将其快速熔化，并在结晶器中迅速结晶形成铸锭，整个过程在惰性气体保护氛围下进行。图1.5为电弧熔炼炉原理示意图。图1.5电弧熔炼炉原理示意图[30]该工艺特点是[31-33]：制备得到的CuCr合金晶粒细小，含气量低，纯度高，材料力学性能较好；但对坩埚、结晶器以及搅拌器的要求较高，导致生产成本上升，生产周期延长，不利于大规模生产。3）粉末冶金法粉末冶金是按照一定比例，将粉末充分混合后，在保护气氛下经压制成型和烧结制得到所需材料的一种工艺方法。该工艺步骤如图1.6所示。铜粉处理破碎过筛铬粉处理破碎过筛混合压制成型烧结复压添加剂热处理后续处理图1.6粉末冶金法工艺步骤
【参考文献】：
期刊论文
[1]CuCr触头制造工艺分析[J]. 方敏,吴彩霞,余贤旺,田军花,丁枢华. 浙江冶金. 2013 (03)
[2]电弧作用下银基触头温度场的有限体积法分析[J]. 熊惟皓,傅江华,徐坚,李震彪. 华中科技大学学报(自然科学版). 2008(04)
[3]Cu-Cr触头材料的制备方法及进展[J]. 李晓燕,王顺兴,田保红. 有色金属加工. 2007(04)
[4]铜钨/铬青铜整体触头的真空烧结熔渗[J]. 王新刚,温久然,朱金泽,周宁. 中国钨业. 2007(04)
[5]TiC对CuW触头材料组织与性能的影响[J]. 杨晓红,范志康,梁淑华,肖鹏. 稀有金属材料与工程. 2007(05)
[6]真空断路器的发展趋势[J]. 胡民杰. 科技资讯. 2007(12)
[7]焊接热过程数值分析中相变潜热的三种解决方案[J]. 赵明,武传松,陈茂爱. 焊接学报. 2006(09)
[8]提高真空断路器运行的可靠性[J]. 熊泰昌. 上海电力. 2006(02)
[9]提高真空断路器运行的可靠性[J]. 熊泰昌. 上海电力. 2006 (02)
[10]真空断路器的应用现状与开发前景[J]. 裴爱华,陈炜. 电力设备. 2006(03)
博士论文
[1]Ti3SiC2/Cu复合材料的制备及真空触头应用基础研究[D]. 路金蓉.北京交通大学 2015
[2]难加工材料热等静压近净成形工艺基础及零件性能研究[D]. 王基维.华中科技大学 2012
[3]金属粉末热等静压致密化数值模拟与试验研究[D]. 刘国承.华中科技大学 2011
[4]超高压CuW/CuCr整体电触头材料的研究[D]. 杨晓红.西安理工大学 2009
硕士论文
[1]CuCr触头材料热等静压致密化数值模拟研究[D]. 张院.西安建筑科技大学 2017
[2]CuCr真空触头材料的制备及其组织与性能的研究[D]. 郭鹏超.西南交通大学 2017
[3]车载真空断路器的电应力分析与剩余寿命研究[D]. 欧阳乐成.西南交通大学 2013
[4]热等静压Inconel625合金组织与性能研究[D]. 张谦.华中科技大学 2013
[5]浸入式水口导流装置的成型过程数值模拟[D]. 汪旭.太原科技大学 2012
[6]无粘结剂炭材料制备及其性能的研究[D]. 肖勇.湖南大学 2007
[7]CuWCr复合材料组织演变及其对电性能的影响[D]. 杨晓康.西安理工大学 2007
[8]基于计算机仿真的焊接热循环有限元分析[D]. 尹立孟.新疆大学 2006
[9]CuWCr复合材料击穿特性的研究[D]. 彭清艳.西安理工大学 2005
本文编号：3550269
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