【摘 要】
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真空断路器体积小、熄弧能力强、对环境友好,在中压配电领域有着广泛的应用。将真空开关发展到更高的电压等级是电器领域的重要课题之一。本文以真空断路器旋转开断为背景,采用数值仿真的方法对旋转开断情况下,真空电弧的等离子体特性进行仿真分析。结合仿真结果,为旋转开断真空断路器的设计做出指导,为提高真空断路器的开断容量提供理论依据。在真空断路器开断过程中,对触头施加1°/ms～10°/ms的旋转速度,可以实现
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真空断路器体积小、熄弧能力强、对环境友好,在中压配电领域有着广泛的应用。将真空开关发展到更高的电压等级是电器领域的重要课题之一。本文以真空断路器旋转开断为背景,采用数值仿真的方法对旋转开断情况下,真空电弧的等离子体特性进行仿真分析。结合仿真结果,为旋转开断真空断路器的设计做出指导,为提高真空断路器的开断容量提供理论依据。在真空断路器开断过程中,对触头施加1°/ms～10°/ms的旋转速度,可以实现真空旋转开断。在此过程中,真空电弧的等离子体由于受到旋转产生的离心力的作用,会导致等离子体的空间分布以及等离子体的特性参数发生变化。为研究真空旋转电弧的等离子体特性,本文采用数值仿真的方法,首先以真空电弧双温磁流体动力学（MHD）模型为基础,建立了三维真空旋转电弧的仿真模型;其次,在磁流体方程组的动量方程中添加了离心力项,以此模拟不同旋转速度情况下的真空旋转电弧特性;随后,阐述了使用COMSOL仿真软件对三维真空旋转电弧进行建模仿真的方法与流程;最后,对不同旋转速、不同电弧电流的真空旋转电弧等离子体特性进行仿真分析,对其等离子体密度、电子温度、离子温度、等离子体压力以及阳极表面能流密度的变化规律进行总结,并且讨论了触头开距变化对真空旋转电弧特性的影响情况。研究结果表明:随着旋转速度的增大,真空电弧的等离子体密度、电子温度、离子温度、等离子体压力以及阳极表面能流密度逐渐降低,真空旋转开断使得真空电弧的能量降低,有利于真空电弧的熄灭;此外,适当增大触头开距,等离子体的空间分布会更加均匀,真空旋转电弧对等离子体的扩散效果会更加明显。
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