【摘要】：電力系統(tǒng)中的電流開斷、關(guān)合等操作均由斷路器實現(xiàn)。真空開關(guān)具有介質(zhì)強度恢復(fù)速度快、滅弧能力強、操作壽命長、環(huán)境友好等優(yōu)點,在中高頻直流開斷及航空航天領(lǐng)域具有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用優(yōu)勢。與工頻電弧相比,中高頻真空電弧的燃弧時間短、di/dt大、恢復(fù)電壓上升率高,對滅弧室的開斷能力提出了更嚴(yán)苛的要求。本文在工頻電弧的研究基礎(chǔ)上,主要針對真空滅弧室的中高頻電流開斷能力、電弧動態(tài)特性及其對弧后介質(zhì)強度恢復(fù)過程的影響規(guī)律進(jìn)行研究。論文首先對單頻交流真空電弧理論模型進(jìn)行計算,分析燃弧階段影響滅弧室開斷能力的主要因素。計算結(jié)果表明,燃弧過程中,真空電弧的集聚與否主要與電弧的擴(kuò)散速度及電流上升率有關(guān),擴(kuò)散速度越快,電流上升率越小,電弧越不容易集聚;弧后介質(zhì)恢復(fù)過程中,1kHz~10kHz條件下,電流幅值越大、頻率越高、電弧的分布面積越小,鞘層生長速度越慢;電流頻率越低、幅值越大,金屬蒸氣密度越小。同時,對于中高頻開斷,電流幅值相近時,其鞘層生長時間較工頻而言高1~2個數(shù)量級,弧后發(fā)生重?fù)舸└怕曙@著提高。為了研究中高頻電流開斷電弧動態(tài)特性,論文設(shè)計中高頻開斷實驗回路及電弧形態(tài)觀測系統(tǒng),對真空電弧形態(tài)及實驗波形進(jìn)行測量,結(jié)合圖像數(shù)字化處理方法對真空電弧的形態(tài)特征參數(shù)進(jìn)行分析。實驗結(jié)果表明:當(dāng)di/dt小于100A/μs時,電弧的起始擴(kuò)散速度近似與di/dt呈正比,超過此范圍后擴(kuò)散速度存在飽和現(xiàn)象。當(dāng)電弧未擴(kuò)散至整個觸頭表面時,電弧的最大直徑近似與電流幅值呈正比,與電流頻率呈反比,并通過擬合的方式得到了電弧最大直徑關(guān)于電流頻率及幅值變化的公式。最后給出了不同頻率下的開斷極限:隨著電流頻率的提高,滅弧室的開斷能力呈下降趨勢,但頻率高于一定值(本文中為3kHz)時,電流的開斷能力變化不明顯。
【圖文】：

圖 1-1 工頻真空電弧形態(tài)轉(zhuǎn)變過程通大學(xué)史宗謙、賈申利、宋曉川等人利用可拆滅弧室進(jìn)行了觀測，研究了開斷電流有效值 5~20kA 條件下陰極斑點的形，陰極斑點的初始擴(kuò)散呈圓面分布，其中大多數(shù)陰極斑點域中[13]，圓面內(nèi)部陰極斑點較少。在燃弧的前 1ms 內(nèi)，陰極，在一定范圍內(nèi)隨電流幅值增大而增大；此外，陰極斑點擴(kuò)鞍形磁場的電弧初始擴(kuò)散速度高于鐘形磁場。文獻(xiàn)[14]在電觀察到了團(tuán)狀陰極斑點，團(tuán)狀陰極斑點位于弧根邊緣，其向斑點。文獻(xiàn)[15]還研究了不同起弧位置對電弧特性的影響，實頭，相較于中心起弧，觸頭邊緣起弧時，由于電極邊緣的磁離子體的損失都更為嚴(yán)重，電弧電壓更高，并在電弧電壓波時，，觸頭中心起弧時的電弧電壓曲線更為平滑，噪聲較小華軍等人利用圖像數(shù)字化處理技術(shù)對真空電弧燃弧過程電

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文c e e e i i iJ n q v n q v Z，ne和 ni為電子和離子的密度；qe和 qi為電子和離子的電荷量e q 子和離子速度；Z 為離子平均電荷數(shù)。假設(shè)等離子體為中性，且電進(jìn)行軸向運動，則式（2-12）可表示為( ( ) ) ( )c i e i i e iJ n ev Ze v n e v Zv流過零前，電子速度遠(yuǎn)大于離子速度，ve大于 Zvi，但在電流下降速。由于離子質(zhì)量相較于電子質(zhì)量高幾個數(shù)量級（電子質(zhì)量為 9.量為 1.056×10-25kg），可認(rèn)為離子速度的衰減可以忽略，離子速點處，ve與 Zvi相等，宏觀表現(xiàn)為 Jc=0。電流過零后，電子速度繼子速度降為 0，隨后開始反向運動。此后離子鞘層開始建立并耐受[32]。層發(fā)展階段
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM561

【參考文獻(xiàn)】

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1 蔣原;武建文;;縱向磁場中觸頭材料和直徑對中頻真空電弧特性的影響[J];中國電機(jī)工程學(xué)報;2015年20期

2 董華軍;趙鴻飛;李敏;向川;鄒積巖;;真空開關(guān)電弧形態(tài)幾何特性量化實驗研究[J];真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報;2013年07期

3 王景;武建文;;中頻真空電弧的等離子體特性[J];中國電機(jī)工程學(xué)報;2011年36期

4 朱立穎;武建文;;橫向磁場下中頻真空電弧形態(tài)及電弧電壓特性[J];中國電機(jī)工程學(xué)報;2011年01期

5 王景;武建文;;縱向磁場下中頻真空電弧的實驗研究[J];中國電機(jī)工程學(xué)報;2009年25期

6 程國華;;大型民用飛機(jī)電源系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J];民用飛機(jī)設(shè)計與研究;2008年04期

7 吳延清;董華軍;叢吉遠(yuǎn);周正陽;;真空開關(guān)電弧形態(tài)的實驗研究[J];真空;2008年02期

8 董華軍;廖敏夫;鄒積巖;邱紅輝;周正陽;;真空開關(guān)電弧圖像采集及其處理過程[J];電工技術(shù)學(xué)報;2007年08期

9 董華軍;廖敏夫;邱紅輝;鄭祥;劉順新;毛書勤;;真空開關(guān)電弧的產(chǎn)生及其觸發(fā)電路的設(shè)計[J];真空;2006年06期

10 武建文;高學(xué)新;;中頻真空電弧高速圖像觀測系統(tǒng)研究[J];高壓電器;2006年02期

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2 吳延清;短間隙真空開關(guān)電弧特性實驗和建模研究[D];大連理工大學(xué);2010年

3 董華軍;真空開關(guān)電弧形態(tài)研究及其等離子體參數(shù)診斷[D];大連理工大學(xué);2009年

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2 周忠志;直流斷路器轉(zhuǎn)移電流的電弧采集及特性分析[D];大連理工大學(xué);2013年

3 董曼玲;觸發(fā)真空開關(guān)工作特性及其機(jī)理的研究[D];華中科技大學(xué);2008年

4 唐秉湘;基于數(shù)字圖像處理的鍋爐火焰溫度檢測研究[D];湖南大學(xué);2006年

本文編號：2611222