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新型真空断路器纵向磁场触头结构的研究

作　者: 金烨
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 真空电弧 触头结构 纵向磁场
分类号: TM561.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


真空断路器充分利用了真空优异的绝缘与熄弧特性,且不造成环境污染,所以目前在中压领域已经占据了主导地位,并将不断向高电压、大容量、小型化方向发展。真空灭弧室是真空断路器的核心部件,所以,开发性能优异的真空灭弧室具有很强的理论与工程实用价值。在大电流水平下,保持真空电弧的扩散形态将对真空电弧的熄灭起着十分关键的作用。给真空灭弧室触头之间施加纵向磁场(AMF),有利于抑制真空电弧的收缩,保证在大电流条件下真空电弧仍处于扩散电弧状态。因此,能够提供具有一定强度和均匀度纵向磁场触头结构的真空灭弧室是开发与研制高水平真空断路器的关键技术之一。本文在传统对称式线圈纵向磁场触头结构的基础上设计出一种新型不对称线圈式纵向磁场触头结构,新型结构突出的特点就是动静触头完全不对称,从而简化了动触头结构,增强了动触头的机械强度,并且减小动触头的质量,提高了开断速度,更有利于灭弧和真空断路器开断能力的提高。新型纵向磁场触头结构还具有载流回路电阻小的特点,适合大容量真空断路器。本研究建立了新型触头结构考虑电弧影响下的三维分析模型,并利用有限元软件ANSYS进行了三维纵向磁场的仿真分析,得到了电流在峰值及电流过零时刻,触头片表面和开距中心平面处的二维和三维纵向磁场分布情况,并且计算了在开距中心平面处的纵向磁场滞后时间。分析结果表明,新型不对称结构在静触头表面及开距中心平面的纵向磁场均匀度较高,强度均比对称式结构在等同电流下的大,而且电流过零时的磁场滞后时间较小。所以这种新型不对称的触头结构更有利于开断极限电流的提高。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 真空开关的国内外发展概况和现状  10-12
  1.2 真空灭弧室的基本结构和工作原理  12-13
  1.3 本论文的研究背景  13-14
  1.4 本论文的研究内容  14-16
第二章 纵向磁场对真空灭弧室开断性能的影响  16-31
  2.1 真空间隙的击穿机理概述  16-17
    2.1.1 电子发射引起的欲击穿机理——场电子发射理论  16
    2.1.2 阳极或阴极引起的击穿机理  16-17
    2.1.3 微粒引起的击穿机理——微粒说  17
  2.2 真空电弧现象与形态  17-20
    2.2.1 真空电弧的阴极现象  17-18
    2.2.2 真空电弧的阳极现象  18
    2.2.3 真空电弧的形态  18-19
    2.2.4 弧后介质的恢复  19-20
  2.3 真空电弧的控制技术  20-22
    2.3.1 横向磁场触头结构  20-21
    2.3.2 纵向磁场触头结构  21-22
  2.4 纵向磁场对真空电弧的控制  22-31
    2.4.1 纵向磁场与电弧形态  22-23
    2.4.2 纵向磁场对真空电弧的作用  23-26
    2.4.3 纵向磁场对开断性能的影响  26-28
    2.4.4 纵向磁场触头结构与剩余磁场的关系  28-31
第三章 一种具有新型纵向磁场触头结构的真空灭弧室  31-40
  3.1 新型不对称线圈式纵向磁场触头结构的设计原则  31-34
    3.1.1 对称线圈纵向磁场触头结构的特点  31-32
    3.1.2 新型不对称1/2匝线圈式纵向磁场触头结构的设计思想  32-34
  3.2 触头材料的选择  34-36
  3.3 绝缘外壳的设计原则  36-37
  3.4 主屏蔽罩的设计原则  37-38
  3.5 波纹管的设计原则  38-39
  3.6 导电系统设计原则  39-40
第四章 新型不对称1/2匝线圈触头结构的纵向磁场与涡流场的仿真与分析  40-63
  4.1 ANSYS软件包介绍  40
  4.2 三维磁场的数学模型  40-41
  4.3 新型不对称1/2线圈纵向磁场触头结构的三维分析模型  41-43
  4.4 新型不对称1/2匝线圈结构的纵向磁场与涡流场的仿真分析  43-62
    4.4.1 电流峰值时不对称结构与对称结构纵向磁场的分析比较  43-52
    4.4.2 电流过零时不对称结构与对称结构纵向磁场及涡流场的分析比较  52-61
    4.4.3 新型不对称结构的设计创新点分析  61-62
  4.5 本章小结  62-63
第五章 新型不对称1/3匝线圈触头结构的纵向磁场计算与分析  63-74
  5.1 新型不对称1/3匝线圈的三维分析模型的建立  63
  5.2 新型不对称1/3匝线圈的纵向磁场计算  63-72
    5.2.1 纵向磁场在静触头面上的分布  63-66
    5.2.2 纵向磁场在开距中心平面上的分布  66-69
    5.2.3 纵向磁场在动触头面上的分布  69-72
  5.3 对称1/2匝与新型不对称1/2与1/3匝线圈结构比较  72-73
  5.4 本章小结  73-74
第六章 结论  74-76
参考文献  76-79
在学研究成果  79-80
致谢  80

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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 > 真空断路器
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