發(fā)布時(shí)間：2020-03-21 07:29

【摘要】：隨著航空航天、新能源汽車等行業(yè)的發(fā)展及電源體制的改革,直流繼電器向著大功率、小型化、高可靠性與長壽命的方向不斷發(fā)展。直流高功率的使用條件對(duì)觸頭的滅弧,抗侵蝕等電性能提出了更高的要求,影響觸頭電性能的因素很多,目前國內(nèi)外在此方面的研究較少。因此在直流高功率條件下研究環(huán)境氣氛、橫向磁場、分?jǐn)嗨俣鹊纫蛩貙?duì)觸頭電性能的影響,對(duì)于提高繼電器的各類電性能與工作可靠性具有重要意義。本文首先對(duì)課題組已有觸頭模擬裝置存在的問題進(jìn)行了改進(jìn),利用改進(jìn)后的裝置搭建了一套能在直流高功率條件下模擬不同環(huán)境氣氛,磁感應(yīng)強(qiáng)度與分?jǐn)嗨俣认吕^電器觸頭分合操作,并能對(duì)實(shí)驗(yàn)中電壓電流信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與存儲(chǔ)的繼電器觸頭電性能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在直流電壓200-500V,電流40-150A,一個(gè)大氣壓的Air、N_2、CO_2、O_2、Ar、0.8CO_2+0.2Ar(即CO_2與Ar按4:1混合)、0.5CO_2+0.5Ar(即CO_2與Ar按1:1混合)七種氣氛中開展CuW70和CuMo85觸頭材料通斷阻性負(fù)載電路的實(shí)驗(yàn),研究了環(huán)境氣氛對(duì)觸頭材料的分?jǐn)嗳蓟r(shí)間、侵蝕、表面形貌劣化、接觸電阻和動(dòng)熔焊的影響。結(jié)果表明分?jǐn)嗳蓟r(shí)間CO_2最短,Ar最長,CO_2和Ar的混合氣體燃弧時(shí)間出現(xiàn)“中間效應(yīng)”;抗侵蝕性N_2最優(yōu),O_2最差;CO_2和Ar混合氣體陰陽極總侵蝕率出現(xiàn)“最優(yōu)效應(yīng)”。CO_2中觸頭表面發(fā)生變形的面積最小,N_2與Ar中觸頭表面較平整;觸頭接觸電阻值O_2和Air中較高,變化幅度較大,N_2和CO_2中較低且穩(wěn)定;觸頭接通過程中熔焊發(fā)生次數(shù)大于分?jǐn)噙^程,Air抗熔焊性能良好,0.8CO_2+0.2Ar混合氣體的抗熔焊性最差。大電流通常比高電壓更易造成熔焊發(fā)生。在Air中直流電壓200-500V,電流40-150A的阻性負(fù)載電路中,分別研究了陰陽極觸頭分?jǐn)嗨俣?0mm/s-100mm/s、磁感應(yīng)強(qiáng)度50mT-80mT對(duì)CuW70觸頭分?jǐn)嗳蓟√匦约扒治g量的影響。結(jié)果表明分?jǐn)嗨俣仍龃髸r(shí),觸頭平均分?jǐn)嗳蓟】倳r(shí)間變短,且金、氣相燃弧時(shí)間均變短。磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時(shí),平均分?jǐn)嗳蓟】倳r(shí)間變短,氣相燃弧時(shí)間變短。當(dāng)分?jǐn)嗨俣葹?5和100mm/s,金相燃弧時(shí)間隨磁感應(yīng)強(qiáng)度變大而變短。隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度增大,觸頭陽極侵蝕量變小,分?jǐn)嗨俣鹊脑龃笠苍斐申枠O侵蝕量變小。在直流電壓電流為270V/100A,環(huán)境氣氛為Air與N_2的條件下,開展了CuMo85、CuW70與CuCr50三種觸頭材料對(duì)稱和非對(duì)稱配對(duì)時(shí)的觸頭抗熔焊能力、分?jǐn)嗳蓟r(shí)間及侵蝕量實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)表明,CuW70材料具有很好的抗熔焊能力,但其燃弧時(shí)間和抗侵蝕能力不一定有優(yōu)勢(shì),各種材料配對(duì)在Air中的燃弧時(shí)間、侵蝕量與抗熔焊能力大小順序和N_2中差別較大。在直流電壓電流為270VDC/200A,環(huán)境氣氛為CO_2與N_2的條件下,開展了AgW60、CuW60和Cu三種觸頭材料對(duì)稱和非對(duì)稱配對(duì)時(shí)的觸頭侵蝕量、接觸電阻、分?jǐn)嗳蓟r(shí)間及動(dòng)熔焊實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)表明,Cu材料的分?jǐn)嗳蓟r(shí)間遠(yuǎn)低于AgW60和CuW60;CO_2中Cu材料的抗侵蝕性明顯優(yōu)于AgW60和CuW60,N_2中AgW60與CuW60的抗侵蝕性明顯優(yōu)于Cu,CO_2和N_2中,三種材料對(duì)稱配對(duì)時(shí)的抗熔焊能力由大到小順序?yàn)锳gW60CuCuW60。非對(duì)稱配對(duì)的抗熔焊性多出現(xiàn)“中間效應(yīng)”,平均每發(fā)生一次熔焊所需操作次數(shù)與總平均熔焊力的關(guān)系近似為反比例函數(shù)。
【圖文】：

42VDC/5-88.5 條件下 He 燃弧時(shí)間卻短于 Air 和 N2，可能原因是氣氛的燃弧特性隨電壓電流的變化而變化。氣壓的變化會(huì)影響氣體的滅弧性能，Yoshida K 等[21]在電壓100VDC，電流 1-30A 的阻性負(fù)載電路測試了 AgNi 在空氣、氮?dú)狻⒑�、氫氣中�?.05-0.4Mpa 四個(gè)氣壓下的燃弧時(shí)間，，得到如圖 1-1 所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果表明當(dāng)電流小于15A 時(shí)，觸頭燃弧時(shí)間隨氣壓的變化而變化的幅度很小，而當(dāng)電流超過 20A 后，當(dāng)氣壓增高時(shí)，燃弧時(shí)間顯著變短；其中 He 燃弧時(shí)間受氣壓的影響最大，而圖 1-1 中 H2燃弧時(shí)間受氣壓的影響不明顯，但將不同氣壓下 H2中的燃弧時(shí)間單獨(dú)畫于圖中，如圖 1-2所示，可見氣壓對(duì) H2中燃弧時(shí)間影響也很大，最高氣壓 0.4MPa 下 H2中的燃弧時(shí)間幾乎縮短為最低氣壓 0.05MPa 下的一半。周學(xué)等[13]在電壓 400VDC，電流 100A，1-2.5 個(gè)大氣壓條件下分別測試了 Air 和 N2中橋式銅觸頭的燃弧時(shí)間，結(jié)果圖 1-3 所示，可見隨氣壓增加，燃弧時(shí)間并不一定增加，而且可以發(fā)現(xiàn) Air 中燃弧時(shí)間的隨機(jī)性比相同氣壓下 N2中長，說明 N2中電弧放電過程比 Air 中更穩(wěn)定。

42VDC/5-88.5 條件下 He 燃弧時(shí)間卻短于 Air 和 N2，可能原因是氣氛的燃弧特性隨電壓電流的變化而變化。氣壓的變化會(huì)影響氣體的滅弧性能，Yoshida K 等[21]在電壓100VDC，電流 1-30A 的阻性負(fù)載電路測試了 AgNi 在空氣、氮?dú)狻⒑�、氫氣中�?.05-0.4Mpa 四個(gè)氣壓下的燃弧時(shí)間，得到如圖 1-1 所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果表明當(dāng)電流小于15A 時(shí)，觸頭燃弧時(shí)間隨氣壓的變化而變化的幅度很小，而當(dāng)電流超過 20A 后，當(dāng)氣壓增高時(shí)，燃弧時(shí)間顯著變短；其中 He 燃弧時(shí)間受氣壓的影響最大，而圖 1-1 中 H2燃弧時(shí)間受氣壓的影響不明顯，但將不同氣壓下 H2中的燃弧時(shí)間單獨(dú)畫于圖中，如圖 1-2所示，可見氣壓對(duì) H2中燃弧時(shí)間影響也很大，最高氣壓 0.4MPa 下 H2中的燃弧時(shí)間幾乎縮短為最低氣壓 0.05MPa 下的一半。周學(xué)等[13]在電壓 400VDC，電流 100A，1-2.5 個(gè)大氣壓條件下分別測試了 Air 和 N2中橋式銅觸頭的燃弧時(shí)間，結(jié)果圖 1-3 所示，可見隨氣壓增加，燃弧時(shí)間并不一定增加，而且可以發(fā)現(xiàn) Air 中燃弧時(shí)間的隨機(jī)性比相同氣壓下 N2中長，說明 N2中電弧放電過程比 Air 中更穩(wěn)定。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM58

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 薄凱;喬鑫磊;陳默;翟國富;;直流大功率繼電器分?jǐn)嚯娀√匦栽囼?yàn)研究[J];電器與能效管理技術(shù);2015年15期

2 李興文;;低壓斷路器研發(fā)新技術(shù)綜述[J];電器與能效管理技術(shù);2015年09期

3 陳德桂;;直流開斷技術(shù)的進(jìn)展與新型直流斷路器[J];電器與能效管理技術(shù);2014年21期

4 榮命哲;楊飛;吳翊;孫昊;李陽;紐春萍;;直流斷路器電弧研究的新進(jìn)展[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2014年01期

5 李權(quán);丁敏;吳愛萍;鄒貴生;宋偉;李劍;;銅基電磁開關(guān)觸頭材料的抗熔焊性能[J];中國有色金屬學(xué)報(bào);2013年08期

6 李晨;李震彪;;氣氛對(duì)繼電器觸頭性能影響研究綜述[J];電工材料;2012年04期

7 竇富起;鄭冀;任志浩;呂建;;模擬汽車?yán)^電器條件下AgW、AgSnO_2觸頭材料的電弧侵蝕性能研究[J];電工材料;2009年01期

8 閆超杰;張曉燕;王文平;李廣宇;朱禮兵;;CuNi電觸點(diǎn)材料的直流電弧侵蝕研究[J];電工材料;2008年04期

9 臧春艷;何俊佳;李勁;劉成衍;王立忠;羅福彪;;密封繼電器接觸電阻與表面膜研究[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2008年31期

10 史毅敏;許云華;昝會(huì)萍;;新型鎢銅觸頭材料電弧侵蝕的研究[J];熱加工工藝;2007年20期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 崔行磊;直流電弧作用下觸頭材料的侵蝕機(jī)理和轉(zhuǎn)移特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 劉亞奇;橋式觸頭分?jǐn)嚯娀√匦詫?shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

2 王容華;直流繼電器電性能測試系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)研究[D];華中科技大學(xué);2012年

3 張漢思;繼電器電性能測試系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)研究[D];華中科技大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2592990