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基于图像序列的真空开关分闸速度检测

高电压技术 2014年第8期40卷 2314-2320页

作者：董华军孔一涵董恩源郭方准大连交通大学机械工程学院大连116028 大连理工大学电气工程学院大连116024 国家电网平高集团有限公司平顶山467001

真空开关的分闸速度是影响开关电弧形态及其使用性能的重要因素。为满足高精度分析的需求,提出运用数字图像处理技术从真空开关运动序列图像中精确跟踪触头位置,进而计算触头运动速度的检测方法。该文首先利用Solidworks软件建立真空开... 详细信息

真空开关的分闸速度是影响开关电弧形态及其使用性能的重要因素。为满足高精度分析的需求,提出运用数字图像处理技术从真空开关运动序列图像中精确跟踪触头位置,进而计算触头运动速度的检测方法。该文首先利用Solidworks软件建立真空开关触头模型,并以设定速度模拟分闸过程,获得了分闸过程动触头的运动序列图像。运用Harris角点检测算法提取序列图像中触头角点,然后用SSD(sum of square differences)角点匹配算法对相邻序列图像中所检测到的角点进行匹配,并从中筛选精确匹配角点,再以匹配的像素角点为初始值,计算亚像素精度角点,从而实现了动触头位置的亚像素级精度跟踪。计算相邻帧图像动触头的位移,该位移与相邻帧图像时间间隔的比值即为动触头的瞬时速度。结果表明:亚像素角点检测技术可实现动触头位置跟踪及其分闸速度计算,且相对误差≤4.7%,最高精度可达0.34%。该方法能够实现真空开关分闸速度的高精度检测,为后续分析分闸速度与电弧形态的关系奠定了基础。

关键词：真空开关分闸速度图像序列 Harris角点检测角点匹配亚像素

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触头系统结构对真空灭弧室温度场影响仿真

电机与控制学报 2023年第8期27卷 164-172页

作者：董华军温超阳刘林林郭方准大连交通大学机械工程学院辽宁大连116028

针对真空灭弧室大电流承载能力提升问题,研究真空灭弧室触头系统的结构设计参数对降低其整体的温升及提高通流能力具有重要意义。随着真空灭弧室向着高电压、大电流发展,其触头结构参数的合理设计决定了真空灭弧室的温度分布情况,因此... 详细信息

针对真空灭弧室大电流承载能力提升问题,研究真空灭弧室触头系统的结构设计参数对降低其整体的温升及提高通流能力具有重要意义。随着真空灭弧室向着高电压、大电流发展,其触头结构参数的合理设计决定了真空灭弧室的温度分布情况,因此为研究触头结构对真空灭弧室温度场的影响情况,文章采用有限元法对真空灭弧室的温度场进行磁热双向耦合仿真分析,得到了导电杆直径、触头直径、触头片厚度、杯座厚度以及触头片开槽长度对温度场的影响。结果表明:当导杆直径、触头直径、杯厚分别增大时,最高温度先急剧下降后下降趋势趋于平缓;触头片开槽长度的增加虽会使最高温度升高,但相比其他结构而言,开槽长度对温度场的影响较小;当触头片厚度增大时,最高温度随之下降;真空灭弧室最佳结构参数为:导杆直径55 mm、触头直径65 mm、触头杯厚8 mm、开槽长度20 mm、触头片厚度5 mm,此模型最高温度较优化前降低18.3%。

关键词：真空灭弧室磁热双向耦合温度场触头结构有限元法电流密度

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12kV真空灭弧室触头合闸冲击下疲劳寿命研究

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电工技术学报 2022年第15期37卷 3981-3988页

作者：董华军李东恒钟建英朱晔郭方准大连交通大学机械工程学院大连116028 平高集团有限公司平顶山467001

真空灭弧室合闸过程中,触头往往会承受较大的合闸冲击,在多次合闸操作后,触头极有可能产生疲劳破坏,从而影响真空灭弧室的工作性能。该文建立VS1型真空断路器操动机构动力学仿真模型,对断路器合闸过程中动触头动态特性进行计算;并利用... 详细信息

真空灭弧室合闸过程中,触头往往会承受较大的合闸冲击,在多次合闸操作后,触头极有可能产生疲劳破坏,从而影响真空灭弧室的工作性能。该文建立VS1型真空断路器操动机构动力学仿真模型,对断路器合闸过程中动触头动态特性进行计算;并利用三维非线性显示动力学分析软件LS-DYNA对杯状纵磁触头合闸冲击碰撞过程进行模拟,得到触头结构在合闸冲击作用下各时刻的应力应变结果;在nCode软件中建立真空灭弧室触头结构疲劳寿命分析流程,对触头结构疲劳寿命危险区域进行预测,并对支撑盘结构进行优化以提高触头结构疲劳寿命。结果表明:在冲击载荷作用下,杯状纵磁触头杯指及触头片开槽处会产生应力集中现象,易发生破坏;三种支撑盘结构中,凸台型支撑盘能使触头结构应力分布更加合理,可有效提高触头疲劳寿命。

关键词： VS1真空断路器真空灭弧室合闸冲击触头疲劳寿命

基于正交实验新型真空灭弧室触头磁场仿真与参数优化设计

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电工技术学报 2022年第21期37卷 5598-5606页

作者：董华军温超阳孙鹏刘林林郭方准大连交通大学机械工程学院大连116028 平高集团有限公司平顶山467001

通过触头结构设计实现真空电弧有效调控是提高真空开关开断性能的重要措施之一。为提高真空灭弧室触头开断性能,该文采用SolidWorks建立了一种新型带铁心真空灭弧室3D模型,并利用三维有限元法,对触头片的开槽长度、开槽角度、工艺孔直... 详细信息

通过触头结构设计实现真空电弧有效调控是提高真空开关开断性能的重要措施之一。为提高真空灭弧室触头开断性能,该文采用SolidWorks建立了一种新型带铁心真空灭弧室3D模型,并利用三维有限元法,对触头片的开槽长度、开槽角度、工艺孔直径以及铁心个数四个参数进行单因素及正交仿真实验,选取上述四个因素作为优化对象,将电流峰值时纵向磁感应强度最大、滞后时间最小和导体电阻最低作为优化目标,得到触头参数与磁场特性的回归方程。通过对电流峰值时触头间隙中心平面纵向磁感应强度、电流过零时磁场滞后时间以及导体电阻进行多目标优化分析,得到了最优的磁场特性。结果表明,当开槽长度为25mm、开槽角度为25°、工艺孔直径为15mm、铁心个数为14时,触头的磁场特性最好。

关键词：真空灭弧室磁场正交实验优化设计

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真空开关电弧等离子体几何形态研究

真空科学与技术学报 2015年第12期35卷 1408-1413页

作者：董华军刘政君郭英杰郭方准大连交通大学机械工程学院大连116028 大连理工大学电气工程学院大连116024 国家电网平高集团有限公司平顶山467001

真空断路器逐渐向高压等级发展,工作时电弧等离子体几何形态直接影响其开断能力。本文利用高速摄像机对电弧几何形态进行数字采集,运用图像去噪声、选取合适阈值方法,对采集数据进行形态学操作,得到内部高能等离子体及电弧外部轮廓的时... 详细信息

真空断路器逐渐向高压等级发展,工作时电弧等离子体几何形态直接影响其开断能力。本文利用高速摄像机对电弧几何形态进行数字采集,运用图像去噪声、选取合适阈值方法,对采集数据进行形态学操作,得到内部高能等离子体及电弧外部轮廓的时间-面积变化曲线。从引弧、稳定燃弧、熄弧及弧后介质恢复四个角度,对不同阶段的电弧面积变化做出定量分析,并探究电弧熄弧阶段电弧内外面积差变化。实验表明,通过分析不同阶段的等离子体形态变化,能够找到电弧平稳燃弧及弧后介质恢复的关键点,为高压等级真空断路器研发设计及后期电弧形态诊断提供进一步参考。

关键词：电弧等离子体几何形态熄弧介质恢复

触头片结构对新型带铁心的杯状纵磁真空灭弧室磁场影响仿真

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电工技术学报 2018年第11期33卷 2448-2455页

作者：董华军司明月郭英杰李春晓郭方准大连交通大学机械工程学院大连116028 国家电网天津平高智能电气有限公司天津300300

真空灭弧室触头的结构设计对其内部电磁场分布具有重要的影响作用。为了研究触头片结构设计对一种新型带铁心的杯状纵磁真空灭弧室内电磁场分布情况的影响,该文采用了Ansoft Maxwell软件对该新型真空灭弧室内电磁场进行仿真分析,得到了... 详细信息

真空灭弧室触头的结构设计对其内部电磁场分布具有重要的影响作用。为了研究触头片结构设计对一种新型带铁心的杯状纵磁真空灭弧室内电磁场分布情况的影响,该文采用了Ansoft Maxwell软件对该新型真空灭弧室内电磁场进行仿真分析,得到了触头片的开槽长度、开槽偏转角度、触头片中心工艺孔直径及孔的深度对磁场分布的影响;实现了在电流峰值时和电流过零时的磁感应强度的云图分布。仿真结果表明:触头片开槽长度、偏角和中心工艺孔径对磁场分布影响较大,孔径深度几乎不影响磁场分布;触头片开槽长度和中心工艺孔径的增加均可减少磁感应强度;触头片开槽偏转角度的增加会使电流峰值时及电流过零时磁场强度呈增加趋势,但存在一个最优角度为25°;触头片开槽和中心开工艺孔等操作均能减少电流过零时的剩余磁场强度。

关键词：真空灭弧室触头片结构电磁场分布磁感应强度

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基于图像处理技术的真空开关分闸速度检测

高电压技术 2020年第7期46卷 2539-2544页

作者：董华军马丽婷李杰郭兴宇郭方准大连交通大学机械工程学院大连116028 大连理工大学电气学院大连116024

如何精确地检测操动机构的运动参数,并在此基础上研究其运动特性对电弧燃烧过程的影响,是真空开关领域的重要研究课题之一。为此,提出了一种基于Labview虚拟仪器开发平台的速度检测方法,利用高速摄像机采集整个周期内触头的运动图像,采... 详细信息

如何精确地检测操动机构的运动参数,并在此基础上研究其运动特性对电弧燃烧过程的影响,是真空开关领域的重要研究课题之一。为此,提出了一种基于Labview虚拟仪器开发平台的速度检测方法,利用高速摄像机采集整个周期内触头的运动图像,采用Labview的图像处理模块对动、静触头边缘进行高精度定位,计算触头在起弧、燃弧及熄弧这3个不同阶段的运动参数,并结合运动参数对电弧燃烧特性影响进行分析。实验结果表明:所提方法可有效检测出真空开关的平均分闸速度、刚分速度及其他运动参数,且该方法具有灵敏度高、瞬时性响应、不丢失参数数据等特点。论文研究可为真开关电弧动态特性研究提供技术参考。

关键词：真空开关操动机构图像处理分闸速度 Labview 电弧

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基于PIV技术真空开关电弧流场实验研究

真空科学与技术学报 2014年第6期34卷 590-592页

作者：董华军康凯臧侃郭方准邹积岩大连交通大学机械工程学院大连116028 大连理工大学电气学院大连116024 平高集团有限公司平顶山467001

为了对真空开关电弧燃烧过程及热形态变化规律研究,本文采用粒子成像测速(PIV)技术对短间隙真空开关电弧进行了实验研究,观察分析了电弧流场的信息,有明显的漩涡区。实验结果表明,运用PIV技术能较好地获取真空开关电弧燃烧二维速度场分... 详细信息

为了对真空开关电弧燃烧过程及热形态变化规律研究,本文采用粒子成像测速(PIV)技术对短间隙真空开关电弧进行了实验研究,观察分析了电弧流场的信息,有明显的漩涡区。实验结果表明,运用PIV技术能较好地获取真空开关电弧燃烧二维速度场分布;随着电弧电流不断增大,真空间隙中金属蒸气压力不断增大,电弧加速向四周扩散运动,当电弧电流增大到一定值时,在电弧四周产生明显的涡流区域;电弧电流峰值过后,涡流区域不断减小,当电弧电流减小到一定值时,电弧不再向外扩散,而是向弧柱中心做集聚运动。

关键词：真空开关电弧流场涡流粒子成像测速

考虑电动斥力的真空断路器刚柔耦合系统机械特性研究

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电机与控制学报 2023年第3期27卷 147-157页

作者：董华军孙鹏李东恒陈培军郭方准大连交通大学机械工程学院辽宁大连116028 平高集团有限公司河南平顶山467001

针对真空断路器分闸过程涉及到的灭弧室侧电磁力与操动机构侧机械运动的耦合计算问题,结合Mayr-Cassie混合式电弧模型、灭弧室电磁场模型以及操动机构刚柔耦合动力学模型提出一种断路器分断过程电-磁-机械动态特性耦合计算方法。基于真... 详细信息

针对真空断路器分闸过程涉及到的灭弧室侧电磁力与操动机构侧机械运动的耦合计算问题,结合Mayr-Cassie混合式电弧模型、灭弧室电磁场模型以及操动机构刚柔耦合动力学模型提出一种断路器分断过程电-磁-机械动态特性耦合计算方法。基于真空断路器分断过程动态特性计算结果,通过显式动力学方法对分闸过程中触头弹簧系统的冲击碰撞现象进行模拟计算,并结合应变寿命理论及Miner累计损伤理论计算触头弹簧结构的工作寿命,在此基础上对触头弹簧结构进行优化改进工作。研究结果表明:在断路器分闸过程中电动力方向并不总是为触头斥开方向,在超程阶段结束之前动触头承受的电动力为斥开方向,在超程结束后动触头承受电动力为闭合方向;在承受分闸冲击时,优化前的触头弹簧结构应力危险范围在弹簧销与导向套的接触界面处,应力数值为273.28 MPa,其疲劳寿命为2027次,优化后的触头弹簧结构疲劳寿命为12030次,满足断路器产品额定机械寿命的要求。

关键词：电动斥力电弧模型 VS1真空断路器分闸特性触头弹簧疲劳寿命