近年來,新能源及電動機車的快速發(fā)展對直流開關(guān)電器分斷負載或故障條件下直流電的能力提出了更高的要求,傳統(tǒng)的直流開關(guān)電器已經(jīng)不能滿足其使用要求,如何設(shè)計大功率、小體積、分斷性能更好的直流開關(guān)電器已刻不容緩。含觸點的直流接觸器在分斷過程中會難以避免的產(chǎn)生電弧,而功率增加必然會增大電弧能量,使熄弧難度加大,并且相對于交流電弧,直流電弧沒有過零點,其熄滅更加困難。因此合理設(shè)計直流接觸器的滅弧系統(tǒng),縮短燃弧時間,對于增大容量、減小體積、提升開斷能力、延長使用壽命,具有極其重要的現(xiàn)實意義。本文基于磁流體動力學(xué)理論(MHD),建立了直流空氣電弧等離子體的數(shù)學(xué)模型,通過對電弧等離子體鞘層條件進行假設(shè)并在電極兩端耦合分斷回路,同時考慮計算過程中的網(wǎng)格變化,針對金屬柵片式直流接觸器滅弧系統(tǒng)內(nèi)分斷電弧整個演變過程進行了仿真。獲得了起始電弧在觸頭間隙運動、弧根由觸頭轉(zhuǎn)移到引弧片、弧根沿引弧片運動和電弧被金屬柵片切割為多段短弧進而熄滅的全動態(tài)電弧演變過程。通過對溫度、氣流、電流密度、電導(dǎo)率、密度和氣壓等分布場的分析,得到了分斷過程中陰極弧根轉(zhuǎn)移、陽極弧根停滯和電弧背后重擊穿現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因。通過分析滅弧室入口區(qū)和柵片區(qū)的外施磁場分布與電弧所受磁場力的關(guān)系,得出磁場對弧根轉(zhuǎn)移的影響。并在現(xiàn)有仿真條件下,分別研究了不同外施磁場分布、不同分斷速度和不同金屬柵片結(jié)構(gòu)對分斷電弧整個演變過程的影響。為驗證仿真結(jié)果,搭建實驗平臺,并設(shè)計實驗樣機,采用高速相機拍攝了磁場作用下金屬柵片式直流接觸器分斷過程中的電弧圖像,記錄了分斷電弧的動態(tài)行為特性,并分析了不同磁場分布對電弧動態(tài)行為特性的影響。將實驗觀測結(jié)果與相應(yīng)條件下的仿真結(jié)果進行對比,二者結(jié)果具有一致性。本文的研究對于提高直流接觸器的分斷能力,優(yōu)化滅弧室結(jié)構(gòu)有一定的意義。
【學(xué)位單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM572.1
【部分圖文】：

沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文流接觸器中的空氣電弧等離子體溫度范圍可達 20000K，屬仿真的角度分析滿足局部熱力學(xué)平衡（LTE）條件，這種等混合物，其數(shù)值過程可以通過磁流體動力學(xué)（MHD）方程量守恒方程、動量守恒方程、能量守恒方程以及麥克斯韋來描述導(dǎo)電弧等離子體在磁場中的運動。磁流體動力學(xué)理物理場相互作用過程如圖 2.1 所示，分斷過程中電弧是主使電弧溫度具有非常高的溫度，電弧的熱量通過熱傳導(dǎo)、圍傳遞。在磁場力作用下，電弧的動態(tài)行為不斷發(fā)生改變密度、壓強等物性參數(shù)也不斷發(fā)生變化，而這些物理參數(shù)動態(tài)行為。

13e 電弧等離子體的動力粘度曲線 f 電弧等離子體的輻射系數(shù)曲線圖 2.2 空氣電弧等離子體的物性參數(shù)及總體積輻射系數(shù)隨溫度變化曲線Fig.2.2 The curves of the physical parameters and total volume radiation coefficient of the air arc plasmawith the temperature change2.4 金屬柵片滅弧系統(tǒng)的幾何模型及求解區(qū)域劃分仿真分析所用金屬柵片滅弧系統(tǒng)如圖 2.3 所示，包括動觸頭、靜觸頭、上引弧片下引弧片、8 塊金屬柵片和 8 塊絕緣板，其中觸頭、引弧片和金屬柵片材料為銅。整個金屬柵片滅弧系統(tǒng)模型高度為 100mm，寬度 50mm，兩個柵片之間距離為 7mm，柵片

沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文型縱向厚度 15mm。整個模型由上引弧片和下引弧環(huán)境相連通。究內(nèi)容包括磁場分布對電弧動態(tài)行為的影響，所以區(qū)域分為觸頭區(qū)、滅弧室入口區(qū)和柵片區(qū)。金屬柵的不同粒子在各個物理場相互作用下不斷的進行質(zhì)過基于磁流體動力學(xué)（MHD）理論的方程組描述接觸位置的等離子體鞘層區(qū)域?qū)τ诮饘贃牌懈铍姸加袠O其重要的影響。假如不考慮等離子體鞘層區(qū)短弧這一過程在仿真中就不能實現(xiàn)，所以本章在仿層區(qū)域做出假設(shè)，每個柵片周圍設(shè)定厚度為 0.1mm

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本文編號：2817229