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杯状纵磁真空灭弧室三维静磁场和涡流场仿真杯状纵磁真空灭弧室三维静磁场和涡流场仿真
西安交通大学电气工程学院 刘志远
[摘要] 本文对杯状纵磁真空灭弧室触头建立了与实际触头结构完全一致的模型， 模型中考虑了电弧弧 柱。 对模型用有限元法进行了三维静磁场和涡流场仿真。 仿真结果表明， 考虑电弧和杯中涡流效应后， 电流峰值时触头片中电流密度最大值变大。 电流过零时触头间隙中心平面上和触头表面上的纵向磁场 分布变为“帐篷”形状，最大值也变大；电流峰值时触头片上槽一侧的纵向磁场比另一侧强；还得到 了在电流峰值时磁感应强度 B 矢量在触头表面上的分布和触头间隙中心平面上纵向磁场滞后时间分 布的新结果。 1. 引言 真空开关是目前中压开关领域的主流产品。因为与其它开关相比，它被认为是最可靠，维护工作 量最小的开关设备。同时它还有寿命长，环保，无火灾爆炸危险等许多优点。因此真空开关受到市场 的广泛欢迎。真空开关的应用呈增长趋势，在世界范围内，真空开关的市场占有率从 1980 年的 20% 上升到 1990 年的 50%和 2000 年的 65%[1]。真空灭弧室是真空开关的“心脏” ，担负着电弧控制和电 [2]-[4] 流开断的重要任务。现代真空灭弧室技术诞生于 20 世纪 60 年代 ，但到现在仍被认为是新技术， 因为它开辟了电弧等离子体研究的一个新领域。 电弧的研究反过来又不断地促进真空灭弧室技术的发 展和进步。这种进步主要得益于对真空电弧、真空处理技术和触头材料的深入理解。在真空电弧的控 制技术中， 纵向磁场控制技术是得到广泛应用的一种技术， 它使真空电弧在大电流下仍处于扩散状态， 电弧能量不过于集中，使得真空灭弧室的开断能力得到提高[5]-[6]。在真空灭弧室中，磁场是由电极中 流过的电流产生的，一个好的电极产生的纵向磁场应使电弧均匀地分布在触头表面[7]，同时使磁场滞 后时间尽量小[7]-[8]，使电流过零时金属蒸气扩
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