真空灭弧室的磁场计算与分析

论文摘要

高中压断路器是电力系统中最重要的开关设备，用高中压断路器保护电力系统至今已经历了一段漫长历史。从最初的油断路器发展到压缩空气断路器，再到目前作为无油化开关的真空断路器和SF6断路器。其中真空断路器以其小型化和高可靠性等优点，已在高中压领域得到愈来愈广泛的应用。作为真空断路器的核心部件，真空灭弧室的研究和开发显得尤为重要。真空灭弧室的小型化是国外关注的问题，我国很多相关的研究所和高等院校都曾作过不少研制工作，研究的方向是采用各种纵向磁场结构电极的真空灭弧室和寻求新的触头材料。由于纵向磁场结构的电极开断能力强，在额定短路开断电流、设计裕度和工艺水平相同的情况下，纵向磁场的电极比横向磁场的电极小得多。因此，采用纵向磁场结构电极的真空灭弧室可以缩小整体尺寸。本设计从真空灭弧室的具体模型出发，应用ANSYS8．1的电磁场分析软件，对600A的真空灭弧室触头间的纵磁场进行计算与分析，可得到接近实际的动、静触头电流流向矢量分布图，线圈磁感应强度与线圈几何尺寸的关系，触头开距对磁场分布的影响及电弧在不同位置时的受力分析等。由不同线圈截面积与纵磁磁场强度的关系分布，可得出在分断电流不变的情况下，线圈愈小磁场强度愈强。由触头开距与磁场强度的关系，可见触头间距越小，两触头间越能获得较大的磁感应强度。对真空灭弧室极间磁场分布以及电弧在触头上不同位置受力进行分析，结果表明随着磁感应强度变小，电弧受力也相对的变小。通过ANSYS仿真分析，为真空断路器灭弧室的设计提供了比较准确的数据资料。进而使产品的设计、开发建立在较为科学的基础上，为产品实际研制提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 真空断路器的应用现状
• 1.3 本论文的主要设计思路
• 1.4 本论文主要研究内容
• 1.4.1 计算方法
• 1.4.2 数值计算程序
• 1.4.3 主要研究内容
• 2 真空断路器及磁场数值计算理论
• 2.1 真空断路器的发展过程及发展水平
• 2.1.1 真空断路器的发展过程
• 2.1.2 真空断路器的发展水平
• 2.2 真空断路器的结构、特点及分类
• 2.2.1 真空断路器的结构
• 2.2.2 真空断路器的特点
• 2.2.3 真空断路器的分类
• 2.3 磁场数值计算基础
• 2.3.1 磁场理论基础
• 2.3.2 磁场的微分方程及偏微分方程
• 2.3.3 磁场常见的边界条件及求解的有限元法
• 2.3.4 ANSYS磁场分析
• 3 真空灭弧室三维实体模型构建
• 3.1 有限元分析软件 ANSYS的简介
• 3.1.1 ANSYS功能
• 3.1.2 ANSYS软件的主要技术特点
• 3.2 电磁场有限元分析的发展概况
• 3.3 真空灭弧室建模
• 3.3.1 触头及附件模型构建
• 3.3.2 触头及附件部分剖分
• 3.3.3 主体部分加载
• 3.3.4 主体部分求解以及后处理
• 4 真空断路器灭弧室三维磁场计算与分析
• 4.1 纵磁真空灭弧室的磁场分析
• 4.1.1 纵磁场触头磁感应强度的数学模型的分析
• 4.1.2 线圈磁感应强度与线圈几何尺寸、场点位置关系的分析
• 4.1.3 小结
• 4.2 用ANSYS分析40.5kV真空断路器在开断600A电流时的磁场
• 4.2.1 触头极间磁场的数值分析
• 4.2.2 电弧受力的分析
• 5 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢