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直流接触器分断过程中弧根演变及对重燃的影响分析

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中国电机工程学报 2019年第4期39卷 1241-1251页

作者：李静刘凯曹云东侯春光刘树鑫特种电机与高压电器重点实验室(沈阳工业大学电气工程学院) 辽宁省沈阳市110023

直流接触器灭弧室中弧根的演变对其开断性能有重要的影响。该文搭建实验平台,采用高速相机拍摄了磁场作用下金属栅片式直流接触器开断过程中的弧根转移过程,并基于磁流体动力学理论,建立空气电弧数学模型,对电弧等离子体鞘层进行假设,... 详细信息

直流接触器灭弧室中弧根的演变对其开断性能有重要的影响。该文搭建实验平台,采用高速相机拍摄了磁场作用下金属栅片式直流接触器开断过程中的弧根转移过程,并基于磁流体动力学理论,建立空气电弧数学模型,对电弧等离子体鞘层进行假设,并且在计算中耦合分断回路方程。通过对温度场、电流密度、电导率和气压分布的仿真分析,得到分断过程中弧根转移产生的根本原因,在现有的仿真条件下研究分断速度、差异外施横向磁场对弧根演变规律的影响。结果表明:在一定范围内,灭弧室入口区磁场大于栅片区时,弧根转移加速,熄弧时间缩短;由于灭弧室入口两侧气流漩涡的存在,当分断速度较小时,阳极弧根运动至引弧片时会出现停滞现象,该停滞现象随着分断速度的增大而消失,并且燃弧时间缩短,仿真与实验观测结果较为一致。本文的研究对提高直流接触器分断能力,优化灭弧室结构具有一定的意义。

关键词：直流接触器磁流体动力学分断条件弧根运动电弧演变

直流接触器的短时耐受电流仿真分析及优化设计

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直流接触器的短时耐受电流仿真分析及优化设计

作者：陈晨上海电机学院

学位级别：硕士

直流接触器作为直流电中的重要开关元件而备受关注,但在短时间通过大电流时,其动、静触头会因过大的电动斥力而斥开,对直流接触器和其所控制的电路造成严重的后果。本文对直流接触器的短时耐受特性进行研究,通过降低直流接触器动、静触... 详细信息

直流接触器作为直流电中的重要开关元件而备受关注,但在短时间通过大电流时,其动、静触头会因过大的电动斥力而斥开,对直流接触器和其所控制的电路造成严重的后果。本文对直流接触器的短时耐受特性进行研究,通过降低直流接触器动、静触头间的电动斥力,提高直流接触器的短时耐受电流能力,进一步加强直流接触器的可靠性和安全性,研究的主要内容如下:(1)利用SolidWorks软件建立直流接触器触头系统模型。由于直流接触器的动、静触头接触面凹凸不平,真正传导电流的是很小的导电斑点,电流在导电斑点处收缩。对直流接触器建模时,在动、静触头间建立导电桥模型,模拟导电斑点处的电流收缩现象,便于后续研究触头间的电动斥力。(2)由于永磁体对直流接触器灭弧效果具有重要作用,对比分析永磁体在四种排布方式下的灭弧效果和降低电动斥力的效果。在直流接触器触头系统模型的基础上,针对永磁体的四种排布方式进行仿真研究,仿真分析触头间的电动斥力,并且在动、静触头间建立电弧模型,仿真计算激励电流在1kA时的电弧力。通过对仿真数据的对比,得出在动静触头两边增加四个永磁体的方案能够保证快速熄灭电弧的同时,还能降低电动斥力。(3)由于隔磁块可以改变周围的磁场强度,研究隔磁块对电动斥力的影响。仿真结果表明在动触板上放置方型隔磁块,触头间的电动斥力明显降低。针对隔磁块的不同形状,分别对方型隔磁块、U型隔磁块、U型隔磁块包住方型隔磁块这三种方案进行电动斥力仿真计算。仿真结果表明:采用U型隔磁块包住方型隔磁块,降低电动斥力的效果最明显,当通过的电流为1kA～8kA时,较原始模型电动斥力的降幅始终保持在50%以上。(4)为验证仿真分析的有效性,研制在动触板上加方型隔磁块的直流接触器样机,对样机进行短时耐受电流试验。试验结果表明:优化后的样机在通过6kA电流时可以保证触头不斥开且不发生熔焊现象,证明了在动触板上放置隔磁块的方法对提高短时耐受电流的有效性,为直流接触器后续研究提供重要参考。

关键词：直流接触器短时耐受电流电动斥力永磁体隔磁块

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直流接触器灭弧室等离子体受力分析

合肥工业大学学报（自然科学版） 2020年第6期43卷 801-804页

作者：廖知堂何晓雄冯旭强石松礼合肥工业大学电子科学与应用物理学院安徽合肥230601 黄山旺荣汽车电子有限公司安徽黄山245500

文章利用有限元分析软件对直流接触器的工作状态进行了仿真分析,建立了直流接触器主回路的三维有限元模型,得到了直流接触器工作时的电磁场和灭弧室永磁体磁场分布,并分析了电弧等离子体在灭弧室里的受力情况。研究发现,其受力主要有灭... 详细信息

文章利用有限元分析软件对直流接触器的工作状态进行了仿真分析,建立了直流接触器主回路的三维有限元模型,得到了直流接触器工作时的电磁场和灭弧室永磁体磁场分布,并分析了电弧等离子体在灭弧室里的受力情况。研究发现,其受力主要有灭弧永磁体产生磁场的洛伦兹力、两端电弧之间的安培力、主回路断开时产生的感应电动势的电场力、电弧靠近灭弧金属栅片时产生的等离子鞘层电场力,其中电弧等离子体受到永磁体磁场的洛伦兹力与其他受力存在数量级的差异,其他受力可以忽略不计。

关键词：直流接触器灭弧室电弧有限元等离子体

直流接触器触头倒角及中心磁感应强度对电寿命的影响

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电器与能效管理技术 2024年第4期 53-56页

作者：蔡明马伟王建雄李超贵州振华群英电器有限公司贵州贵阳550018

密封直流接触器开断负载时,灭弧室内触头喷溅不可避免。通过分组试验的方法来验证触头倒角及中心磁感应强度对电寿命的影响。结果表明,增大触头中心磁感应强度,总开断负载的次数会增加,喷溅也会增多,从而导致介质耐电压和绝缘电阻降低;... 详细信息

密封直流接触器开断负载时,灭弧室内触头喷溅不可避免。通过分组试验的方法来验证触头倒角及中心磁感应强度对电寿命的影响。结果表明,增大触头中心磁感应强度,总开断负载的次数会增加,喷溅也会增多,从而导致介质耐电压和绝缘电阻降低;增大触头倒角,喷溅会减少,介质耐电压和绝缘电阻会提高,但总开断负载的次数会减少。

关键词：直流接触器直流开断磁吹灭弧电寿命触头倒角

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直流接触器电磁机构的参数优化及仿真

厦门理工学院学报 2022年第3期30卷 24-30页

作者：赵彤游一民桑仲庆厦门理工学院电气工程与自动化学院福建厦门361024

在Ansys-Maxwell仿真软件中建立直流接触器电磁机构三维模型,采用正交试验法分析磁轭厚度、漆包线径,以及分闸弹簧预压力对直流接触器动态性能指标的影响,并针对3种结构参数进行正交实验优化设计,在综合考虑不同参数对合闸性能与机构寿... 详细信息

在Ansys-Maxwell仿真软件中建立直流接触器电磁机构三维模型,采用正交试验法分析磁轭厚度、漆包线径,以及分闸弹簧预压力对直流接触器动态性能指标的影响,并针对3种结构参数进行正交实验优化设计,在综合考虑不同参数对合闸性能与机构寿命的影响后提取线圈、磁轭和弹簧的最优参数组合:磁轭厚度2 mm、线径0.35 mm、分闸弹簧预压力6 N。仿真结果表明,优化后的电磁机构衔铁闭合速度降低16.8%,线圈峰值电流减小10.0%,即可实现衔铁低电压吸持目标,降低稳态工作下线圈能耗,延长电磁机构的使用寿命。

关键词：直流接触器电磁机构参数优化动态特性有限元仿真

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直流接触器电弧特性的实验研究

直流接触器电弧特性的实验研究

作者：张海超辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

随着新能源技术及电力机车的迅速发展,对直流接触器的开断性能提出了更高的要求。开断过程中产生的电弧是决定其可靠性和使用寿命的关键,为研究直流开断电弧的影响因素及其规律性,搭建了一套完整的实验平台,可实现触头的周期性自动开断... 详细信息

随着新能源技术及电力机车的迅速发展,对直流接触器的开断性能提出了更高的要求。开断过程中产生的电弧是决定其可靠性和使用寿命的关键,为研究直流开断电弧的影响因素及其规律性,搭建了一套完整的实验平台,可实现触头的周期性自动开断,对电弧电压、电流的波形进行实时采集、显示及存储。利用搭建的实验系统,对AgNi(10)和AgSnO(10)材料触头进行对称及非对称配对开断电弧实验,结果表明AgSnO/AgNi(动触头/静触头)更有利于电路的开断。用AgSnO材料触头对平面和凸面进行对称及非对称配对开断电弧实验,结果表明凸面/平面(动触头/静触头)利于拉长电弧,使电弧散热加快,燃弧时间相对较短。在不同电气参数下对AgSnO材料触头进行开断电弧实验,结果表明电流不变时,燃弧时间随着电压的升高而增长;电压不变时,燃弧时间与电流不成单调关系。在不同磁场强度下进行了横向和纵向吹弧实验,燃弧时间会随着磁场强度的增大而缩短;横向磁场作用下电弧因运动对触头烧蚀产生沟壑,但燃弧时间较短、电弧能量较小,对触头的烧蚀程度较轻;相同磁场强度下,横向磁场更利于电弧的熄灭。该论文有图38幅,表7个,参考文献51篇。

关键词：直流接触器触头材料触头形状电气参数磁场吹弧

直流空气接触器机构与电弧联合仿真及参数优化

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直流空气接触器机构与电弧联合仿真及参数优化

作者：袁志曹沈阳工业大学

学位级别：硕士

大功率直流接触器常用于频繁通断主回路以及大容量控制回路。随着我国新能源汽车事业的发展,电动汽车驱动电机功率不断增大,因此对直流接触器的优化升级提出了大功率和小型化的要求。直流接触器的传统优化设计以样机试验为主要方法,该... 详细信息

大功率直流接触器常用于频繁通断主回路以及大容量控制回路。随着我国新能源汽车事业的发展,电动汽车驱动电机功率不断增大,因此对直流接触器的优化升级提出了大功率和小型化的要求。直流接触器的传统优化设计以样机试验为主要方法,该方法优化周期长、成本高,随着基础物理学科以及现代计算机技术的发展,通过多体动力学模型描述操动机构动作以及通过电弧数学模型描述电弧运动的方法逐渐成为研究直流接触器的有效手段。综上,针对直流接触器的触头运动特性与电弧演变特性进行仿真,并对机构参数和电弧参数进行双目标优化,对产品升级具有积极的现实意义。开断问题是大功率直流接触器设计的难点,触头运动特性对开断过程中的电弧演变规律影响很大,是决定直流接触器开断电弧性能的关键因素。本文以某型号直流接触器产品为研究对象,首先搭建实验平台进行触头位移和弹簧刚度测试实验,为仿真提供数据和验证条件。对直流接触器操动机构进行多体动力学仿真,得到操动机构动作过程中触头的位移—行程曲线,并与实验数据进行对比,验证了机构仿真模型的准确性。然后将机构模型与电弧磁流体动力学模型相耦合,仿真得到了直流接触器从触头运动到电弧形成直至电弧熄灭的全过程,讨论了操动机构参数变化对开断电弧性能的影响,并通过电弧演变背后的物理场变化规律分析了电弧重击穿现象及抑制电弧重击穿的关键参数。最后,基于直流接触器操动机构与电弧联合仿真模型,以提升开断电弧性能的关键参数—操动机构反力弹簧预压力值、触头弹簧预压力值及灭弧室磁场分布为优化变量,采用正交试验的方法,设计了直流接触器五因素三水平正交试验方案,实现了衔铁对操动机构骨架冲击最小以及开断电弧性能最优的双目标优化。本文的研究结果对直流接触器操动机构与开断电弧联合仿真、开断过程中电弧重击穿现象抑制、综合操动机构参数与灭弧系统参数的双目标优化设计具有一定的参考价值。

关键词：直流接触器操动机构电弧MHD模型参数优化

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直流接触器触头系统电动斥力仿真及优化

上海电机学院学报 2021年第1期24卷 13-18页

作者：陈晋生迟长春(指导) 上海电机学院电气学院上海201306

为降低短路故障时直流接触器受到的电动斥力,设计了3种全新的直流接触器触头系统。在Ansoft Maxwell软件中建立直流接触器触头系统的三维有限元模型,对其触头间的霍尔姆力和洛伦兹力进行仿真分析;通过理论值与仿真结果的对比,验证了利用... 详细信息

为降低短路故障时直流接触器受到的电动斥力,设计了3种全新的直流接触器触头系统。在Ansoft Maxwell软件中建立直流接触器触头系统的三维有限元模型,对其触头间的霍尔姆力和洛伦兹力进行仿真分析;通过理论值与仿真结果的对比,验证了利用Ansoft Maxwell软件求解直流接触器触头系统电动斥力的可行性,并进行相应的电动斥力仿真计算。仿真结果表明,优化后的触头结构可以大大降低直流接触器所受到的电动斥力,从而提高直流接触器短时耐受电流的能力。

关键词：直流接触器触头结构电动斥力优化设计

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触头运动特性对直流接触器开断性能影响

电机与控制学报 2023年第11期27卷 79-89页

作者：李静袁志曹曹云东刘树鑫于龙滨沈阳工业大学特种电机与高压电器教育部重点实验室辽宁沈阳110870 辽宁省电力有限公司电力科学研究院辽宁沈阳110006

为研究触头运动特性对直流接触器开断性能的影响,建立直流空气接触器电磁操动机构与灭弧系统联合仿真模型,对接触器操动机构进行运动—结构—电磁耦合仿真,得到操动机构动作过程中触头位移—行程曲线,并与电弧磁流体模型相耦合,仿真得... 详细信息

为研究触头运动特性对直流接触器开断性能的影响,建立直流空气接触器电磁操动机构与灭弧系统联合仿真模型,对接触器操动机构进行运动—结构—电磁耦合仿真,得到操动机构动作过程中触头位移—行程曲线,并与电弧磁流体模型相耦合,仿真得到了直流空气接触器从机构运动到触头打开电弧形成、弧根运动直至熄灭的全过程。讨论了接触器操动机构参数变化对开断性能的影响,并通过电弧现象背后的物理场变化分析了开断过程中重击穿现象产生的原因。结果表明:操动机构驱动动触头进而带动电弧完成了电弧拉伸、弧根转移以及被栅片切割等重要电弧演变过程;反力弹簧和触头弹簧预压力增大有利于提高触头的分断速度,加速电弧熄灭,但分断速度过高有可能导致电弧重击穿现象发生,其根本原因是栅片入口处产生的顺时针气流漩涡;通过控制触头的分断速度和灭弧室栅片区磁场分布,实现了对重击穿现象的抑制。

关键词：直流接触器操动机构触头运动特性电弧演变重击穿现象