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具有凹状纵向磁场分布的真空灭弧室触头设计研究

作　者: 薛从军
导　师: 孙鹏
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 真空灭弧室 纵向磁场 结构设计 三维仿真
分类号: TM561
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


真空断路器以其优异的开断性能及特点，广泛应用于电力系统中。真空灭弧室作为真空断路器的核心部件，其性能的好坏将直接影响真空断路器的性能。为了提高真空断路器的极限分断能力，目前真空灭弧室广泛采用采用磁场技术。采用不同类型的控制磁场，就需要不同形式的真空灭弧室触头结构，对于开断强电流的真空断路器而言，具有纵向磁场的真空灭弧室得到广泛采用。实验研究表明，除了纵向磁场强度外，纵向磁场的分布对真空电弧的燃烧状态也会产生影响。本文重点设计了一种新型的线圈式的纵向磁场触头结构，在此新型纵向磁场触头结构中，连接导电杆的拐臂分为两个并联线圈与触头片相连，两个内外布置的并联线圈所产生磁势的方向相反。由于内外线圈所产生的磁场在同侧的内外线圈之间的区域方向一致，因此，该区域的纵向磁场强度得到加强，在正对导电杆的中间部分，由于内外线圈所产生的纵向磁场方向相反，从而导致该区域的纵向磁场被减弱。因此，采用本文提出的纵向磁场触头结构，可以在真空灭弧室断口间产生一种中间区域纵向磁场较弱、边缘区域纵向磁场较强的凹状纵向磁场分布，具有凹状纵向磁场分布的真空灭弧室具有更强的短路电流分断能力。本文对1/2匝触头结构进行了三维有限元磁场仿真分析，其中包括稳态场分析、谐波场分析以及瞬态场分析。通过上述磁场分析可以证明，新型线圈式纵向磁场触头结构具有纵向磁场强度由中心向边缘逐渐增强、呈凹状的分布规律。此外本文还对1/3匝线圈进行了有限元仿真分析，并对其磁场强度进行了分析比较，并对1/3匝线圈结构提出了改进方案，采用了在线圈中加入铁心的设计方案。上述纵向磁场触头结构的磁场仿真分析结果表明，新型线圈式纵向磁场触头结构与加入铁心的结构都具有较好的磁场分布与磁场强度，均能够产生凹状分布的纵向磁场，同时具有较小的磁场滞后时间和导电回路电阻。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 引言  10-13
    1.1.1 课题研究的背景  10-11
    1.1.2 真空断路器的发展历史  11-13
  1.2 本课题的研究内容及目标  13-17
    1.2.1 课题的意义  13-14
    1.2.2 课题的提出依据  14-17
    1.2.3 研究内容  17
  1.3 本章小结  17-18
第二章 真空灭弧室的磁场控制技术  18-30
  2.1 真空电弧  18-21
    2.1.1 真空灭弧室的阴极与阳极现象  18-19
    2.1.2 真空电弧的燃烧  19-20
    2.1.3 真空电弧的形态  20
    2.1.4 弧后介质强度的恢复  20-21
  2.2 真空中的磁场控制技术  21-24
    2.2.1 真空灭弧室的横向磁场触头结构  21-22
    2.2.2 真空灭弧室的纵向磁场触头结构  22-24
  2.3 纵向磁场对电弧的控制技术  24-29
    2.3.1 纵向磁场与电弧形态  24-25
    2.3.2 纵向磁场对真空电弧的作用  25-27
    2.3.3 纵向磁场触头结构与剩余磁场的关系  27-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章 1/2 匝触头结构的三维磁场仿真计算  30-47
  3.1 触头结构的设计  30-31
  3.2 触头结构的磁场仿真分析  31-42
    3.2.1 静态场分析  32-35
    3.2.2 谐波场分析  35-41
    3.2.3 瞬态场分析  41-42
  3.3 触头结构的参数变化对纵向磁场的影响  42-45
    3.3.1 线圈直径的变化  43-44
    3.3.2 线圈厚度的变化  44-45
    3.3.3 线圈高度的变化  45
  3.4 本章小结  45-47
第四章 触头结构的改进与仿真计算  47-65
  4.1 1/3 匝触头结构的三维磁场仿真计算  47-56
    4.1.1 电流峰值时的纵向磁场分布  48-51
    4.1.2 电流过零时剩余磁场的分布  51-53
    4.1.3 纵向磁场滞后时间及其分布  53-54
    4.1.4 触头结构的瞬态场分析  54-55
    4.1.5 1/2 匝线圈与 1/3 匝线圈的比较  55-56
  4.2 1/3 匝加铁心的触头结构模型  56-64
    4.2.1 电流峰值时剩余磁场的分布  57-60
    4.2.2 剩余磁场分布  60-62
    4.2.3 滞后时间的分布  62-63
    4.2.4 1/3 匝触头结构加入贴心前后对比  63-64
  4.3 本章小结  64-65
第五章 结论  65-66
参考文献  66-69
在学研究成果  69-70
致谢  70

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电器 > 开关电器、断路器 > 断路器
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