直流小型断路器分断电弧特性研究

《直流小型断路器分断电弧特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：TM561密级：公开UDC：621.3编号：201421401035河北工业大学硕士学位论文直流小型断路器分断电弧特性研究论文作者：王杰学生类别：全日制学科门类:工学学科专业:电气工程指导教师：姚芳职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金No.51107029DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofElectricalEngineeringSTUDYONBREAKINGARCCHARCTE

2、RISYICSOFDCMINIATURECIRCUITBREAKERbyWangJieSupervisor:Prof.YaoFangNovember2016ThisworksupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.No.51107029.摘要直流小型断路器作为保护装置被广泛应用在直流电源、轨道交通、电力动车和船舰等直流系统中。当线路发生故障时，直流小型断路器安全可靠地完成分断过程，对整个直流系统稳定性起着关键性的作用。由于直流开断

3、线路中不存在自然过零点，使得直流小型断路器分断电弧不像交流电弧那样容易熄灭，因此研究直流小型断路器的分断电弧特性具有很重要的意义。公开首先，设计搭建了直流小型断路器分断电弧电压电流数据采集系统。对试验系统的总体设计方案、硬件设计以及软件进行了介绍，在硬件设计中，负载与控制电路采用多路负载并联的形式，通过固态继电器的接通与否，来控制接通的负载支路；数据采集电路通过电压电流传感器与数据采集卡相结合，完成对数据的高速采集。在软件设计中，数据采集存储程序通过生产者/消费者结构模式来实现对数据的实时处理与

4、采集；滤波程序采用数字滤波器来去除数据采集过程中的噪声。并对采集到的直流小型断路器电压电流功率波形进行了分析。其次，分析了沿着直流小型断路电弧长度上电压和电场强度的分布情况，对直流小型断路器电弧燃烧过程的物理特性进行了分析，仿真计算出空气电弧等离子的粒子组分随电弧温度的变化趋势，并通过粒子组分进一步计算出焓值和定压比热随电弧温度的动态变化过程，将燃弧过程动态变化的物理特性与试验得到的电压电流功率波形相结合进行分析。然后对直流小型断路器电弧燃烧过程分成两部分，包括：金属相电弧燃烧和气相电弧燃烧，并

5、进行了分析。最后，提出了直流小型断路器电弧抑制方案的拓扑结构，并对其工作原理以及动作过程进行了分析。对拓扑结构中的电力电子器件支路、驱动控制电路以及缓冲吸能支路中进行了研究，并搭建了抑制方案的试验电路，测试得到直流断路器支路、IGBT阀组支路以及缓冲吸能支路的电压电流数据，着重分析了不同电流等级下和不同线路电感条件下，断路器到IGBT阀组的电流转移特性和IGBT阀组到缓冲吸能支路的电流转移特性。关键字：直流小型断路器电压电流物理特性抑制方案IABSTRACTAsaprotectivedevice

6、，DCminiaturecircuitbreakeriswidelyusedinDCpower,railtransportation,powertrainandshipintheDCsystem.ThesafetyofitsoperationandthereliabilityofitsactionplayveryimportantroletothestableoperationoftheDCsystem.DuetothereisnonaturalzeropointoftheDCinterrupt

7、ion,whichmakestheDCcircuitbreakerbreakingarcnotaseasyasACarcextinguishing,sostudyingthebreakingarccharacteristicofDCminiaturecircuitbreakerhasaveryvitalsignificance.Firstofall,thebreakingarcvoltageandcurrentdataacquisitionsystemoftheDCminiaturecircui

8、tbreakerissetup,andthedataisanalyzedfromtheAngleofmicroplasma.thentheoverallschemedesign,hardwaredesignandsoftwaredesignofthetestsystemareintroduced.Inthehardwaredesign,theloadandthecontrolcircuitaredesignedintheformofmultipleloadinparallel,withsolid