Abstract:By using ANSYS software, the space distribution of the axial magnetic field be2tween two contactor in vacuum interrup ter is analyzed, the influence between section dimen2sions of coil and intensity of magnetic field is studied, distribution of flux density of axialmagnetic field is discussed, and force effect of electric arc in axialmagnetic field is investi2gated.
Key words:ANSYS; vacuum interrup ter; axialmagnetic field
真空断路器是十分重要的电器元件,灭弧室是真空断路器的重要组成部分. 近年来随着真空断路器分断电流的不断提高,对触头电弧的研究不断加深. 其中触头间的磁场对电弧的分布控制作用十分明显. 据文献报道,触头间电弧在纵磁场作用下呈扩散型分布,显著延长了触头的寿命. 本文主要分析触头间纵磁场的分布及影响因素.
1 磁场的计算方法
磁场分析计算采用有限元方法,利用的AN2SYS软件分析. 图1是真空断路器中触头的示意图. 为简化计算对问题做如下假设,触头线圈为一简单O型线圈,电流在线圈内均匀分布;磁场假设为不随时间变化的静磁场. 磁场计算的有限元模型如图2所示. 图中箭头所示为电流方向.
2 磁场的计算结果
2. 1 线圈尺寸对磁场的影响计算中加载电流取600A. 线圈截面分别为8mm2 及20mm2 的磁场分布结果如图3所示.
根据数据得出线圈截面尺寸与磁场分布的关系曲线如图4所示.
从图4可以看出,在分断电流不变的情况下,线圈愈小磁场强度愈强. 从另一个角度分析,则电流密度愈大,磁场愈强. 本论文由无忧论文网www.51lunwen.org整理提供根据这一规律,可以通过减小线圈截面达到加大磁场强度的目的,综合线圈机械强度,可以求得一合适的线圈截面,同时满足加大磁场强度和保证线圈机械强度的要求.
2. 2 动静触头线圈距离对磁场的影响
触头线圈间距影响磁场的分布,用ANSYS软件分析动静触头线圈间距分别为4mm、6mm时的磁场如图5所示. 从而得出动静触头线圈距离与磁场分布关系曲线如图6所示. 可见触头线圈的间距愈大,磁场强度愈小.
2. 3 磁通分布与电弧受力
假设电弧半径为2mm、线圈间距为8mm、电流取600A,触头表面的磁通量分布及电弧受力分别如图7、图8所示.
通过分析不同距离的磁通以及电弧在磁场各处的受力情况,得出磁通与电弧受力关系曲线,见图9.
电弧电流流经线圈、触头电极,在触头间产生纵向磁场. 电流从线圈流入电极上触头,然后流向对面电极的触头,经过线圈电极流入导电杆. 熔化的电极金属变成等离子体. 并产生被封闭的电弧. 该电弧在纵向磁场作用下,慢慢移动变化形成扩散电弧,一直持续到电流零点. 在电弧中,因热能作用任意方向运动的电子受到外加磁场作用,轨迹弯曲,按螺旋轨道运动,结果,电子被磁力线捕获、封闭在电极之间. 另外,离子由电子形成的径向的磁场封闭起来. 因此,电弧电压低且稳定,在大电流燃弧期间可以保持扩散电弧不变. 电弧能量分散在整个电极表面,能防止触头的显著变化. 在纵向磁场作用下,螺旋运动的电子碰撞金属蒸气,使大量中性原子电离,离子碰撞阴极表面产生许多新的阴极点. 这样,电弧在整个电极表面变成多个电弧分散开来. 从而利用纵磁磁场来灭弧. 通过电弧受力情况分析,电弧所受的力随磁通强度增大而增大,力的方向趋向线圈边缘.
3 结论
本文利用ANSYS软件对真空断路器灭弧室内的磁场分布情况以及电弧在不同位置时的受力情况进行计算,分析触头间空气隙内的磁场分布的规律性以及电弧在不同位置时的受力情况对气隙内部磁场磁通分布的影响. 为真空断路器的设计提供比较准确的数据资料.
通过本文的研究工作,可得出如下结论:
1)真空断路器中,触头线圈截面越小,磁感应强度越大. 触头间距越小,两触头间越能获得较大的磁感应强度.
2)对真空断路器极间磁场分布以及电弧在触头上不同位置进行分析,电弧受力随磁场密度变化的曲线,结果表明随着磁感应强度变小,电弧受力也相应变小.
参考文献:
[ 1 ] 林莘. 现代高压电器技术[M ]. 北京:机械工业出版社, 2002.
[ 2 ] 曹云东,王尔智,刘晓明. 高压断路器三维电场数值仿真[ J ].沈阳工业大学学报, 2000, 8: 289-292.
[ 3 ] 徐东阳,曹云东,刘晓明,等. lOkV户外真空断路器灭弧室电场数值分析[ J ]. 沈阳工业大学学报, 2002, 4: 110-112.
[ 4 ] 王季梅. 真空灭弧室设计、制造及其应用[M ]. 西安:西安交通大学出版社, 1993.
[ 5 ] 王季梅. 真空开关理论及其应用[M ]. 西安:西安交通大学出版社, 1986.
