大电流直流开关关键技术研究

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1、分类号学号M201271370学校代码10487密级硕士学位论文大电流直流开关关键技术研究学位申请人瞿：航学科专业：电气工程指导教师：张明副教授答辩日期：2015.5.21AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreefortheMasterofEngineeringKeyTechnologyResearchoftheHighCurrentDCDisconnectorCandidate:QuHangMajor:ElectricalEn

2、gineeringSupervisor:Asso.Prof.ZhangMingHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015华中科技大学硕士学位论文摘要大电流直流开关是ITER极向场变流器电源系统的重要组成部分。在系统中，开关主要有两个方面的作用：闭合时，通过正常工作电流和短路故障电流而温升不超过允许值；断开时，使电源和负载可靠隔离。现有的ITER开关采用刀片式结构，触头为线接触形式，导电面积小，通流能力差，从而造成开关体积过

3、大。触头是开关的重要部件，其接触电阻直接决定了开关的电压降和温升，限制了开关载流能力的提升。本文拟通过改进触头设计，以得到载流能力大的触头结构。触头设计过程中，接触电阻是最重要的参数。本文对粗糙表面的电接触进行分析，建立了粗糙表面的接触电阻模型，并对接触电阻的关键影响因素进行了理论分析和实验研究。本文设计了自适应的多触点的触头结构以提升触头的通流能力。通过仿真分析和实验，多触点触头结构可以提升通流能力。为了应用这种触头结构，本文提出直推式的开关结构，并对其进行了稳态下热电耦合分析。本文首先对经典的电接触理论进行了回顾

4、。结合粗糙表面的描述方法，通过引入粗糙表面的接触压力与接触面积计算模型，从而建立了粗糙表面的接触电阻模型。通过定量分析如压力、塑性指数以及表面粗糙度等对接触电阻的影响，对模型进行了详细分析。其次，本文设计了接触电阻测试平台，对接触电阻的影响因素进行了实验测试。对粗糙表面接触电阻理论模型和实验测试进行了对比分析，结果表明：压力较小时，理论模型计算的接触电阻值和实验测试值较为吻合；压力较大时，理论模型有一定的局限性。本文还对单位接触面积内触点数目与接触电阻的关系进行了理论分析和实验测试。采用多物理场有限元分析方法，探究了

5、触头的温升以及最大电流密度与触点数目的关系。多触点的实验测试表明和仿真分析均表明，随着触点数目增加，触头的温升显著降低。从而证明了单位面积内有多个触点的触头结构可以提高通流能力。最后，本文针对多触点触头的结构形式，设计新型的直推式开关结构，并对开I华中科技大学硕士学位论文关稳态下的通流能力进行了分析。设计分析结果表明，直推式开关结构可以显著降低开关的体积。关键词：大电流直流开关电触头粗糙表面接触电阻模型接触电阻测试多触点触头结构II华中科技大学硕士学位论文AbstractThehighcurrentDCdisconn

6、ectorisanimportantpartoftheITERPFconverterpowersupplysystem.Ithastwomainfunctionsinthesystem:Intheclosestate,ratedcurrentandshort-circuitcurrentcouldrunthroughitcredibly;andintheopenstate,maincircuitcouldbeisolatedreliably.ExistingITERDCdisconnectorisblade-stru

7、cture,conductiveareaissmallofthelinecontactform.Anditscontacthaspoorflowability,leadingtolargevolumeofthedisconnector.Electricalcontactisanimportantcomponentwhosecontactresistancedeterminestheoverallvoltagedropandtemperatureriseofthedisconnector,andinfluencesth

8、ecurrent-carryingcapability.Thisarticlewastryingtoimprovethedesignofcontact,inordertogetcontactwithhighcurrent-carryingcapacity.Inthecontactdesignprocess,thecontactresistanc