非对称真空灭弧室凹形纵向磁场触头结构的研究

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1、沈阳工业大学硕士学位论文非对称真空灭弧室凹形纵向磁场触头结构的研究ResearchonConcaveShapeAxialMagneticFieldContactStructureforAsymmetricVacuumInterrupter刘黎明电气工程学院作者：单位：指导教师：孙鹏教授单位：沈阳工业大学协助指导教师：单位：单位：论文答辩日期：2015年03月01日学位授予单位：沈阳工业大学摘要真空断路器凭借其性能稳定和安全环保两大优势在电力系统中得到广泛应用，真空灭弧室纵向磁场触头系统是真空断路器的核心部件，其作用是当开断电流时在真空灭弧室断口之间产生必要的纵向磁场。研究发现

2、，真空灭弧室断口间外加纵向磁场的最理想的分布是中间强度小、边缘强度大的凹形分布，从而将聚集在中心区域的真空电弧吸引到边缘区域，防止弧柱等离子体收缩，抑制电弧在触头间的中心区域聚集，使真空电弧以扩散形态存在，便于真空灭弧室灭弧。本文提出了一种非对称线圈式凹形纵向磁场触头系统，该触头结构特点在于真空灭弧室断口间的纵向磁场是由静触头侧的线圈结构所产生的，而动触头侧无线圈结构，从而可以在保证一定的机械强度条件下，减小动触头的质量，简化动触头结构。本文借助于有限元分析方法，分别对1/2匝线圈和1/3匝线圈加铁心触头系统断口间的纵向磁场进行仿真分析，并对两种触头系统的剩余磁场与滞后时间以

3、及系统的导体电阻进行仿真计算。结果表明，该触头系统所产生的纵向磁场具有中心区域磁场强度较小、边缘区域磁场强度较大的凹形分布，这种凹形分布的纵向磁场可以有效地抑制电弧聚集趋势的发展，从而可以达到提高真空断路器极限电流分断能力的目的。该触头系统还具有剩余磁场强度较小、滞后时间较短，系统的导体电阻较小等优点。此外，本文还通过改变非对称凹形纵向磁场触头系统线圈结构的参数，分析了其对真空灭弧室纵向磁场及其它特性的影响，从而为该类型真空灭弧室纵向磁场触头结构设计提供依据。关键词：真空灭弧室，触头系统，纵向磁场，凹形分布，仿真计算IAbstractWiththeadvantagesofst

4、ableperformance,safetyandenvironmentalprotection,vacuumcircuitbreakerhasbeenwidelyusedinpowersystem.Thecorecomponentofthevacuumcircuitbreakeristhecontactsystemofthevacuuminterrupteraxialmagneticfield,whoseroleistoproducethenecessaryaxialmagneticfieldbetweenthevacuuminterrupterfractureswheni

5、tisbreakingcurrent.Theresearchresultsshowthatthebestdistributionoftheaxialmagneticfieldimposedatthevacuuminterrupterfractureisloweratthecentralareaandhigheratthemarginalarea,whichcanattractthevacuumarcgatheringatthecentralareatomarginalarea.Thenthearccolumnplasmawillbepreventedtoshrink,thev

6、acuumarcwillexistatdiffusionform,allofwhichwillbebeneficialtoarcblow-out.Acontactstructureofasymmetricconcaveshapeaxialmagneticfieldwasproposedinthispaper.Theaxialmagneticfieldbetweenthecontactgapisproducedbythecoilstructureatthestaticcontactside,whilethemovingcontactdoesn’thaveanycoilstruc

7、ture.Thiscontactstructurecanreducethequalityofthemovingcontactandsimplifythestructureofthemovingcontact.Thefiniteelementmethodhasbeenadoptedtomakenumericalsimulationtoonehalfandonethirdturncoilwithironcore,andtheresidualmagneticfield,delaytimeandconducto