二十一世紀(jì)以來(lái),直流輸配電技術(shù)得到了空前的發(fā)展和長(zhǎng)足應(yīng)用,大功率直流電源的快速發(fā)展,也對(duì)相應(yīng)的電器設(shè)備提出了更高要求。直流空氣斷路器,作為低壓開(kāi)關(guān)電器的主導(dǎo)產(chǎn)品,主要用于故障隔離、開(kāi)斷正常條件或非正常條件下的電流,并為負(fù)載提供保護(hù)。低壓配電系統(tǒng)廣泛采用塑殼斷路器為負(fù)載設(shè)備提供過(guò)載及短路保護(hù),負(fù)責(zé)電路的正常接通及故障開(kāi)斷。隨著電壓水平的不斷提高,現(xiàn)有的空氣直流斷路器受到了開(kāi)斷容量等關(guān)鍵參數(shù)的限制,電弧快速、可靠熄滅變得極其困難,已經(jīng)不能滿足當(dāng)前我國(guó)直流配電系統(tǒng)及工程應(yīng)用對(duì)斷路器大容量、小型化、長(zhǎng)壽命的需求。因此,研究和掌握影響電弧調(diào)控的因素并找到行之有效的電弧驅(qū)動(dòng)方式,以此來(lái)指導(dǎo)和改進(jìn)直流空氣斷路器產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì),具有較好的現(xiàn)實(shí)意義。本文制作了直流空氣斷路器樣機(jī)并搭建開(kāi)斷實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在內(nèi)置產(chǎn)氣材料與外施磁場(chǎng)兩種驅(qū)弧條件下完成特定回路的開(kāi)斷實(shí)驗(yàn),采集并分析了電弧的相關(guān)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)電弧圖像。根據(jù)樣機(jī)模型,基于磁流體動(dòng)力學(xué)(MHD)理論和相關(guān)假設(shè),運(yùn)用COMSOL Multiphysics軟件建立了二維直流空氣斷路器電弧仿真模型。采用移動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)將滅弧室模型內(nèi)動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化模擬為勻速圓周運(yùn)動(dòng),分別完成了不同大小磁場(chǎng)作用下的模型開(kāi)斷電弧仿真,得到電弧變化的全動(dòng)態(tài)過(guò)程。通過(guò)對(duì)比分析滅弧室內(nèi)各物理場(chǎng)、洛倫茲力、電導(dǎo)率分布對(duì)弧壓、弧流等電弧參數(shù)影響,揭示了電弧動(dòng)態(tài)演變、“雙弧根”和弧根躍遷等現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因,并與同等條件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比對(duì),論證了仿真模型的正確性。通過(guò)更改模型參數(shù)和入口邊界條件,仿真研究了不同壓強(qiáng)大小的氣流流入對(duì)空氣斷路器滅弧室內(nèi)電弧的影響,并于不同外施磁場(chǎng)時(shí)的電弧動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了對(duì)比;同時(shí)增大模型開(kāi)斷的回路電壓,探究了模型在磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下開(kāi)斷較大電壓回路時(shí)電弧演變過(guò)程。證明了本仿真模型具有良好的可拓展性,能夠?qū)崿F(xiàn)以仿真手段正確地指導(dǎo)斷路器滅弧室的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:本文模型較好地揭示了直流空氣斷路器滅弧室內(nèi)電弧發(fā)展的全動(dòng)態(tài)過(guò)程,及電弧動(dòng)態(tài)變化的各影響因素,從氣流和磁場(chǎng)兩方面探究了電弧驅(qū)動(dòng)的有效手段,對(duì)于設(shè)計(jì)并改進(jìn)斷路器內(nèi)滅弧室結(jié)構(gòu)有一定的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM561.2
【部分圖文】：

圖 2.1 電弧構(gòu)成示意圖Fig. 2.1 Schematic diagram of arc composition和近陽(yáng)極區(qū)中間的電弧稱作弧柱，是因的帶電粒子（電子和離子數(shù)密度大于 10動(dòng)態(tài)平衡，正負(fù)粒子的總電荷量也處在。由于空間電荷僅存在于弧柱區(qū)兩端的段導(dǎo)體，其內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度相當(dāng)?shù)停ㄐ∮跀?shù)小以及壓力、溫度等環(huán)境因素有關(guān)。，電弧可分為亮度較高的內(nèi)部弧柱部分，是電流的通道；外層光圈是分子受熱沒(méi)有形成電流通路。所以，理論上所說(shuō)的關(guān)，如：電流大小、氣隙介質(zhì)種類、觸頭同環(huán)境因素下，電弧弧柱越粗其能量越

路器樣機(jī)改造與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建展開(kāi)，完成了特定條件下的樣機(jī)開(kāi)斷實(shí)結(jié)果進(jìn)行了分析和總結(jié)。實(shí)驗(yàn)所使用的直流空氣斷路器樣機(jī)經(jīng)由某型塑而來(lái)，進(jìn)行了可視化處理；樣機(jī)接入直流阻性實(shí)驗(yàn)回路；采用 Sony 相機(jī)攝動(dòng)態(tài)電弧發(fā)展過(guò)程；采用基于 LabVIEW 軟件設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)l Instrument 公司的 USB6356 型高速采集卡實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、電流傳感器數(shù)過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分別完成了內(nèi)置產(chǎn)期材料氣吹熄弧和外置磁塊磁吹熄弧條件等級(jí)的開(kāi)斷實(shí)驗(yàn)。流空氣斷路器樣機(jī)制作驗(yàn)用直流空氣斷路器樣機(jī)是一種塑殼斷路器，其外殼為不透明硬質(zhì)塑料尾部設(shè)有出氣孔。為了觀測(cè)到電弧的動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程，必須對(duì)樣機(jī)進(jìn)行改大化程度保留其內(nèi)部的氣流場(chǎng)結(jié)構(gòu)不被破壞。如圖 3.1 所示，本文首先對(duì)，確定滅弧室觀測(cè)區(qū)域尺寸和位置，并定制了一塊5cm×4cm大小，厚度為弧室壁保持一致）的高透亞克力板。

圖 3.2 電弧觀測(cè)視窗Fig. 3.2Arc observation window電弧實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)弧實(shí)驗(yàn)平臺(tái)總體分為三大部分，分別是。圖 3.3 是實(shí)驗(yàn)平臺(tái)示意圖，圖 3.4 是圖 3.3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)示意圖ig. 3.3 Schematic diagram of experiment platfo
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