近年來,新能源及電動(dòng)機(jī)車的快速發(fā)展對直流開關(guān)電器分?jǐn)嘭?fù)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(jì)大功率、小體積、分?jǐn)嘈阅芨玫闹绷鏖_關(guān)電器已刻不容緩。含觸點(diǎn)的直流接觸器在分?jǐn)噙^程中會(huì)難以避免的產(chǎn)生電弧,而功率增加必然會(huì)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(diǎn),其熄滅更加困難。因此合理設(shè)計(jì)直流接觸器的滅弧系統(tǒng),縮短燃弧時(shí)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(shí)意義。本文基于磁流體動(dòng)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(jìn)行假設(shè)并在電極兩端耦合分?jǐn)嗷芈?同時(shí)考慮計(jì)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?jǐn)嚯娀≌麄�(gè)演變過程進(jìn)行了仿真。獲得了起始電弧在觸頭間隙運(yùn)動(dòng)、弧根由觸頭轉(zhuǎn)移到引弧片、弧根沿引弧片運(yùn)動(dòng)和電弧被金屬柵片切割為多段短弧進(jìn)而熄滅的全動(dòng)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?jǐn)噙^程中陰極弧根轉(zhuǎn)移、陽極弧根停滯和電弧背后重?fù)舸┈F(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?jǐn)嗨俣群筒煌饘贃牌Y(jié)構(gòu)對分?jǐn)嚯娀≌麄�(gè)演變過程的影響。為驗(yàn)證仿真結(jié)果,搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī),采用高速相機(jī)拍攝了磁場作用下金屬柵片式直流接觸器分?jǐn)噙^程中的電弧圖像,記錄了分?jǐn)嚯娀〉膭?dòng)態(tài)行為特性,并分析了不同磁場分布對電弧動(dòng)態(tài)行為特性的影響。將實(shí)驗(yàn)觀測結(jié)果與相應(yīng)條件下的仿真結(jié)果進(jìn)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?jǐn)嗄芰?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(dá) 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(dòng)力學(xué)（MHD）方程量守恒方程、動(dòng)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(yùn)動(dòng)。磁流體動(dòng)力學(xué)理物理場相互作用過程如圖 2.1 所示，分?jǐn)噙^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(dòng)態(tài)行為不斷發(fā)生改變密度、壓強(qiáng)等物性參數(shù)也不斷發(fā)生變化，而這些物理參數(shù)動(dòng)態(tài)行為。

13e 電弧等離子體的動(dòng)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(dòng)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(gè)金屬柵片滅弧系統(tǒng)模型高度為 100mm，寬度 50mm，兩個(gè)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(gè)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(dòng)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(gè)物理場相互作用下不斷的進(jìn)行質(zhì)過基于磁流體動(dòng)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(shí)現(xiàn)，所以本章在仿層區(qū)域做出假設(shè)，每個(gè)柵片周圍設(shè)定厚度為 0.1mm

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2817229