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磁场作用下的电弧及电腐蚀特性的研究

作　者: 崔行磊
导　师: 梁慧敏；翟国富
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 电弧实验系统 电弧图像分析 触点侵蚀 吹弧磁场 高速摄像
分类号: TM501.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


开关电器广泛地应用于国民经济和国家安全的各个领域和部门,其可靠性至关重要。对于有触点开关电器而言,影响其寿命的一个重要因素是分断和接通电路过程中在触头间产生的电弧。电弧及电腐蚀机理极为复杂,理论研究十分困难,开发一套功能完备的开关电器电弧实验平台具有重要的实用价值。本文利用电弧实验平台,研究磁场对分断电弧及电腐蚀特性影响,促进磁场吹弧技术的发展。本文设计一种基于高速摄像和碰撞式触头恒速分断的电弧实验系统。电弧燃烧过程中,利用高速摄像机拍摄电弧图像,采用USB数据采集卡采集触点电压和电流波形,并将电弧图像和波形传输至上位机。利用该系统可进行不同触点材料、电弧室气体成分和压强、触点分断速度、分断功率以及存在各种磁吹情况下的分断电弧实验。分别采用多种方法对电弧图像序列进行图像增强和边缘提取处理,经比较分析后,确定了适用于开关电器电弧的图像处理方法。进行图像处理和分析后,利用电弧边缘特征提取电弧直径、熄弧长度、弧根位置及运动速度等电弧静态和动态信息。根据三色测温原理,利用电弧RGB图像信息提取电弧温度信息。利用触点电压数据提取电弧时间信息,包括燃弧时间、金属相时间和气相时间。利用电子天平和光学显微镜提取电腐蚀特性信息。利用电弧实验平台,对磁场作用下Ag/SnO2材料触头以不同速度分断28V/5A和28V/25A阻性和感性负载时的电弧及电腐蚀特性展开研究。给出不同分断速度下,燃弧时间、弧根位置分布、质量转移等电弧及电腐蚀参数与吹弧磁场的关系。研究结果可为永磁体吹弧技术在开关电器灭弧系统设计中的应用提供依据。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-18
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  8-10
  1.2 课题的国内外研究现状  10-16
    1.2.1 电弧测量方法的国内外研究现状  11-13
    1.2.2 电弧实验装置的国内外研究现状  13-15
    1.2.3 磁吹电弧的国内外研究现状  15-16
  1.3 本文主要研究内容  16-18
第2章 电弧实验系统设计  18-31
  2.1 引言  18
  2.2 电弧实验系统总体方案设计  18-20
  2.3 机械结构设计  20-25
    2.3.1 碰撞式分断机构  21-24
    2.3.2 气路设计  24
    2.3.3 可调吹弧永磁体  24-25
  2.4 系统硬件设计  25-27
    2.4.1 基于USB 传输方式的数据采集卡  26-27
    2.4.2 信号调理电路  27
  2.5 系统软件设计  27-30
    2.5.1 下位机软件设计  27-28
    2.5.2 上位机软件设计  28-30
  2.6 本章小结  30-31
第3章 电弧及电腐蚀特性参数的提取  31-50
  3.1 引言  31
  3.2 电弧信息的获取  31-32
  3.3 电弧图像处理  32-38
    3.3.1 Gamma 校正  33-34
    3.3.2 图像滤波去噪  34-36
    3.3.3 直方图增强  36
    3.3.4 图像锐化增强  36-37
    3.3.5 图像边缘检测  37-38
    3.3.6 图像综合处理  38
  3.4 电弧特性参数的提取  38-47
    3.4.1 电弧时间参数的提取  38-40
    3.4.2 电弧形态参数的提取  40-42
    3.4.3 电弧运动参数的提取  42-43
    3.4.4 电弧温度的提取  43-47
  3.5 电腐蚀特性参数的提取  47-49
  3.6 本章小结  49-50
第4章 磁场对电弧及电腐蚀特性的影响  50-67
  4.1 引言  50
  4.2 磁场对28V/5A 电弧及电腐蚀特性影响  50-59
    4.2.1 实验条件  50
    4.2.2 实验结果  50-58
    4.2.3 分析与比较  58-59
  4.3 磁场对28V/25A 电弧及电腐蚀特性影响  59-66
    4.3.1 实验条件  59
    4.3.2 实验结果  59-65
    4.3.3 分析与比较  65-66
  4.4 本章小结  66-67
结论  67-69
参考文献  69-75
附录1 装置实物图  75-76
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  76-78
致谢  78

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电器 > 一般性问题 > 理论 > 电弧
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