电力机车电器灭弧装置分析毕业论文

电力机车电器灭弧装置 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 毕业 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 山东职业学院 毕业 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 (论文) 题 目:电力机车电器灭弧装置分析 系 别: 轨道交通学院 专 业: 铁道机车车辆 班 级: 机车1236班 学生姓名: 司杰君 指导教师: 岳艳红 完成日期: 2015.02.09 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 山东职业学院毕业设计任务书 班 级 学生姓名 指导教师 设计题目 主要 研究 内容 主要技 术指标 或研究 目标 基本 要求 主要参 考资料 及文献 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 山东职业学院毕业设计(论文)评审表 班级: 姓名: 学号: 评价内容 具 体 要 求 分值 评分 能独立查阅文献和调研;能提出并较好地论述课题的实调查论证 10 施方案;有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。 实验方案设计与能正确设计实验方案，独立进行实验工作。 20 实验技能 能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题;能正确分析与解决问题处理实验数据;能对课题进行理论分析，得出有价值的20 的能力 结论。 工作量、 按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大;工20 工作态度 作努力，遵守纪律;工作作风严谨务实。 综述简练完整，有见解;立论正确，论述充分，结构严 谨合理;实验正确，分析处理科学;文字通顺，技术用质 量 20 语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完 备、整洁、正确;论文结果有应用价值。 工作中有创新意识;对前人工作有改进或突破，或有独创 新 10 特见解。 成 绩 100 论文评语: 指导教师签名: 评阅教师签名: 年 月 日 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 山东职业学院毕业设计(论文)答辩记录及总成绩 (答辩小组用) 班级: 姓名: 学号: 对学生回答问题的评语 答 辩 题 目 基本 经提示正确 不正确 未回答 正确 回答 答辩委员会(或小组)评语: 成绩: 答辩负责人签名: 年 月 日 指导教评阅人答辩评论文 师评分 评分 分 总成绩 系毕业设计(论文)领导小组审核意见: 小组组长签名: 年 月 日 注:毕业设计(论文)总成绩中，指导教师评分占40%，评阅人评分占20%，答辩评分占40%。 目 录 1.绪论???????????????????????????????1 2.第一章 灭弧原理?????????????????????????2 3.第二章 电弧的形成????????????????????????3 4.第三章 电弧的熄灭???????????????????????4 5.交流电弧的特性及熄灭??????????????????????5 6.熄灭交流电弧的方法???????????????????????7 7.电器触头的基本知识???????????????????????11 8.开关电器典型灭弧装置的工作原理??????????????????12 9.提高灭弧装置开断能力的辅助方法??????????????????16 10.参考文献???????????????????????????19 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 绪论 电弧是一种气体放电现象，电流通过某些绝缘介质(例如空气)所产生的瞬间火花。 当用开关电器断开电流时，如果电路电压不低于10—20伏，电流不小于80~100mA，电器的触头间便会产生电弧。因此，在了解开关电器的结构和工作情况之前，首先来看看其是如何产生和熄灭的。电弧的形成是触头间中性质子(分子和原子)被游离的过程。开关触头分离时，触头间距离很小，电场强度E很高(E = U/d)。当电场强度超过3×10^6V/m时，阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。这种游离方式称为:强电场发射。 从阴极表面发射出来的自由电子和触头间原有的少数电子，在电场力的作用下向阳极作加速运动，途中不断地和中性质点相碰撞。只要电子的运动速度v足够高，电子的动能A=1/2mv^2足够大，就可能从中性质子中打出电子，形成自由电子和正离子。这种现象称为碰撞游离。 新形成的自由电子也向阳极作加速运动，同样地会与中性质点碰撞而发生游离。碰撞游离连续进行的结果是触头间充满了电子和正离子，具有很大的电导;在外加电压下，介质被击穿而产生电弧，电路再次被导通。 触头间电弧燃烧的间隙称为弧隙。电弧形成后，弧隙间的高温使阴极表面的电子获得足够的能量而向外发射，形成热电场发射。同时在高温的作用下(电弧中心部分维持的温度可达5000?以上)，气体中性质点的不 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 热运动速度增加。当具有足够动能的中性质点相互碰撞时，将游离而形成电子和正离子，这种现象称为热游离。 随着触头分开的距离增大，触头间的电场强度E逐渐减小，这时电弧的燃烧主要是依靠热游离维持的。 - 1 - 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 在开关电器的触头间，发生游离过程的同时，还发生着使带电质点减少的去游离过程。 第一章 灭弧原理 1. 电弧的概念 当开关电器开断电路时，电压和电流达到一定值时，触头刚刚分离后，触头之间就会产生强烈的白光，称为电弧。电弧是一种气体游离放电(带电质点)现象。电弧的存在说明电路中有电流，只有当电弧熄灭，触头间隙成为绝缘介质时，电路才算断开。开关触点间的电压为10~20V，电流为80~100mA断开电路时，即可产生电弧。例如:断路器要开断1500V，电流为1500-2000A的电路时，产生电弧，这些电弧可拉长至2m仍然继续燃烧不熄灭，对人员及设备都可能产生重大危害和损失。故灭弧是高压断路器必须解决的问题。 灭弧的原理主要是冷却电弧减弱热游离，另一方面通过吹弧拉长电弧加强带电粒子的复合和扩散，同时把弧隙中的带电粒子吹散，迅速恢复介质的绝缘强度。 电弧的实质是一种气体放电现象。 2.电弧放电的特征 阴极区阳极区 弧柱 图1-2-1 (1)电弧由三部分组成。包括阴极区、阳极区和弧柱区。弧柱处温度最高，可达6~7千到1万度以上。弧柱周围温度较低，亮度明显减弱的部分叫弧焰，电流几乎都从弧柱内部流过。 (2)电弧温度很高。(例:10kvQF断开20kv的电流，电弧功率达到一万kw以上) (3)电弧是一种自持放电现象，维持电弧燃烧的电压很低。在大气中，1cm长的直流电弧的弧柱电压仅15~30v，在变压器油中，1cm长的直流电弧的弧柱电压仅100~220v。 (4)电弧是一束游离的气体，质量极轻，极易变形。电弧在气体或液体的流动作用下或电动力作用下，能迅速移动、伸长或弯曲，这也是灭弧的必要条件。 3.电弧的危害 (1)电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间，加重了电力系统短 - 2 - 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 路故障的危害。 (2)电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，烧坏绝缘 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险。 (3)由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造成飞弧短路和伤人，或引起事故的扩大。 第二章 电弧的形成 (1)热电子发射 当断路器的动、静触头分离时，触头间的接触压力及接触面积逐渐缩小，接触电阻增大，使接触部位剧烈发热，导致阴极表面温度急剧升高而发射电子 ，形成热电子发射。 (2)强电场发射 开关电器分闸的瞬间，由于动、静触头的距离很小，故电场强度很大(电场强度达到3x106V/m), 使触头内部的电子在强电场作用下被拉出来 ，就形成强电场发射。 (3)碰撞游离 从阴极表面发射出的电子在电场力的作用下高速向阳极运动，在运动过程中不断地与中性质点(原子或分子)发生碰撞。当高速运动的电子积聚足够大的动能时，就会从中性质点中打出一个或多个电子，使中性质点游离，这一过程称为碰撞游离。 (4)热游离 弧柱中气体分子在高温作用下产生剧烈热运动，动能很大的中性质点互相碰 热电子发射撞时，将被游离而形成电子和正离子，这种现象称为热游离。弧柱导电就是靠热游离来维持的。 加速,,,,磁撞游离,,,温度,,热游离,,,电弧 强电场发射 2-1 碰撞游离过程示意图 第三章 电弧的熄灭 - 3 - 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 1.电弧的去游离形式 弧隙间的电子和正离子在电场力的作用下，运行方向相反。运动中的自由电子和正离子相互吸引也会发生复合(使弧隙间的自由电子减少——去游离。 电子的运动速度远大于正离子，二者相遇时快速碰撞很难复合。游离和去游离过程同时存在于弧隙中。当两者达到动态平衡时，电弧能够稳定燃烧。由于弧隙中温度高，离子浓度大，所以离子将向温度低浓度小的周围介质中扩散。扩散使弧隙中的电子、离子数减少(有利于熄灭电弧、扩散出去的离子，因冷却而更易复合。 由此可见，熄灭电孤，要减弱游离过程。加强去游离过程就是实际断路器中的灭弧装置原理。 3-1-1 复合 复合是正、负带电质点相互结合变成不带电质点的现象。由于弧柱中电子的运动速度很快，约为正离子的1000倍，所以电子直接与正离子复合的几率很小。一般情况下，先是电子碰撞中性质点时，被中性质点捕获变成负离子，然后再与质量和运动速度相当的正离子互相吸引而接近，交换电荷后成为中性质点。还有一种情况就是电子先被固体介质表面吸附后，再被正离子捕获成为中性质点。 3-1-2 扩散 扩散是弧柱中的带电质点逸出弧柱以外，进入周围介质的现象。 扩散有三种形式: (1)温度扩散，由于电弧和周围介质间存在很大温差，使得电弧中的高温带电质点向温度低的周围介质中扩散，减少了电弧中的带电质点; (2)浓度扩散，这是因为电弧和周围介质存在浓度差，带电质点就从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，使电弧中的带电质点减少; (3)利用吹弧扩散，在断路器中采用高速气体吹弧，带走电弧中的大量带电质点，以加强扩散作用。 2. 电弧的影响去游离的因素 3-2-1 电弧温度 电弧是由热游离维持的，降低电弧温度就可以减弱热游离，减 少新的带 电质点的的产生。同时，也减小了带电质点的运动速度，加强了复合作用。通过快速拉长电弧，用气体或油吹动电弧，或使电弧与固体介质表面接触等，都可以降低电弧的温度。 3-2-2介质的特性 电弧燃烧时所在介质的特性在很大程度上决定了电弧中去游离的强度，这些特性包括:导热系数、热容量、热游离温度、介电强度等。若这些参数值大，则去游离过程就越强，电弧就越容易熄灭。 3-2-3 气体介质的压力 气体介质的压力对电弧去游离的影响很大。因为，气体的压力越大，电弧 中质点的浓度就越大，质点间的距离就越小，复合作用越强，电弧就越容易熄灭。在高度的真空中，由于发生碰撞的几率减小，抑制了碰撞游离，而扩散作用却很强。因此，真空是很好的灭弧介质。 3-2-4触头材料 触头材料也影响去游离的过程。当触头采用熔点高、导热能力强和热容量大 - 4 - 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 的耐高温金属时，减少了热电子发射和电弧中的金属蒸汽，有利于电弧熄灭。 除了上述因素以外，去游离还受电场电压等因素的影响。 第四章 交流电弧的特性及熄灭 在交流电路中，电流瞬时值随时间变化，因而电弧的温度、直径以及电弧电压也随时间变化，电弧的这种特性称为动特性。由于弧柱的受热升温或散热降温都有一定过程，跟不上快速变化的电流，所以电弧温度的变化总滞后于电流的变化，这种现象称为电弧的热惯性。 对图1-4-1的分析，可见交流电弧在交流电流自然过零时将自经过动熄灭，但在下半周随着电压的增高，电弧又重燃。如果电弧过零后，电弧不发生重燃，电弧就此熄灭。 对图2-2的分析，可见交流电弧在交流电流自 然过零时将自经过动熄灭，但在下半周随着电压的增高， 电弧又重燃。如果电弧过零后，电弧不发生重燃，电弧就 此熄灭。 图 4-1 4-1 交流电弧的熄灭条件 4-1-1 弧隙介质介电强度的恢复 弧隙介质能够承受外加电压作用而不致使弧隙击穿的电压称为弧隙的介质强度。当电弧电流过零时电弧熄灭，而弧隙的介质强度要恢复到正常状态值还需一定的时间，此恢复过程称之为弧隙介质强度的恢复过程，以耐受的电压Uj(t)表示。 - 5 - 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 图 4-1-1 4-1-2 弧隙电压的恢复过程 电流过零前，弧隙电压呈马鞍形变化，电压值很低，电源电压的绝大部分降落在线路和负载阻抗上。电流过零时，弧隙电压正处于马鞍形的后蜂值处。电流过零后，弧隙电压从后蜂值逐渐增长，一直恢复到电源电压，这一过程中的弧隙电压称为恢复电压，其电压恢复过程以Uhf(t)表示。 电压恢复过程与线路参数、负荷性质等有关。受线路参数等因素的影响，电压恢复过程可能是周期性的变化过程，也可能是非周期性的变化过程。 4-1-3 交流电弧的熄灭条件 如果弧隙介质强度在任何情况下都高于弧隙恢复电压，则电弧熄灭;反之，如果弧隙恢复电压高于弧隙介质强度，弧隙就被击穿，电弧重燃。因此，交流电弧的熄灭条件为: Uj(t)> Uhf(t) Uj(t)—弧隙介质强度 Uhf(t)—弧隙恢复电压 - 6 - 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 图4-1-2 第五章 熄灭交流电弧的方法 (1) 提高触头的分闸速度 熄灭交流电弧的关键在于电弧电流过零后，弧隙的介质强度的恢复过程能否始终大于弧隙电压的恢复过程。为了加强冷却，抑制热游离，增强去游离，在开关电器中装设专用的灭弧装置或使用特殊的灭弧介质，以提高开关的灭弧能力。 迅速拉长电弧，有利于迅速减小弧柱中的电位梯度，增加电弧与周围介质的接触面积，加强冷却和扩散的作用。因此，现代高压开关中都采取了迅速拉长电弧的措施灭弧，如采用强力分闸弹簧，其分闸速度已达16m/s以上。 (2) 采用多断口 每一相有两个或多个断口相串联。在熄弧时，多断口把电弧分割成多个相串联的小电弧段。多断口使电弧的总长度加长，导致弧隙的电阻增加;在触头行程、分闸速度相同的情况下，电弧被拉长的速度成倍增加，使弧隙电阻加速增大，提高了介质强度的恢复速度，缩短了灭弧时间。 采用多断口时，加在每一断口上的电压成倍减少，降低了弧隙的恢复电压，亦有利于熄灭电弧。在要求将电弧拉到同样的长度时，采用多断口结构成倍减小了触头行程，也就减小了开关电器的尺寸。如下图所示: - 7 - 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 图 5-1 5.3 吹弧 用新鲜而且低温的介质吹拂电弧时，可以将带电质点吹到弧隙以外，加强了扩散，由于电弧被拉长变细，使弧隙的电导下降。吹弧还使电弧的温度下降，热游离减弱，复合加快。按吹弧气流的产生方法和吹弧方向的不同，吹弧可分为以下几种。 -1 吹弧气流产生的方法 5 (1)用油气吹弧 用油气作吹弧介质的断路器称为油断路器。在这种断路器中，有用专用材料制成的灭弧室，其中充满了绝缘油。当断路器触头分离产生电弧后，电弧的高温使一部分绝缘油迅速分解为氢气、乙炔、甲烷、乙烷、二氧化碳等气体，其中氢的灭弧能力是空气的7.5倍。这些油气体在灭弧室中积蓄能量，一旦打开吹口，即形成高压气流吹弧。 (2)用压缩空气或六氟化硫气体吹弧 将20个左右大气压的压缩空气或5个大气压左右的六氟化硫气体(SF6)先储存在专门的储气罐中，断路器分闸时产生电弧，随后打开喷口，用具有一定压力的气体吹弧。 (3)产气管吹弧 产气管由纤维、塑料等有机固体材料制成，电弧燃烧时与管的内壁紧密接触，在高温作用下，一部分管壁材料迅速分解为氢气、二氧化碳等，这些气体在管内受热膨胀，增高压力，向管的端部形成吹弧。 5-2 按吹弧的方向分 (1)纵吹 吹弧的介质(气流或油流)沿电弧方向的吹拂称为纵吹，纵吹能增强弧柱中的带电质点向外扩散，使新鲜介质更好地与炽热电弧接触，加强电弧的冷却，有利于迅速灭弧。 (2)横吹 横吹时气流或油流的方向与触头运动方向是垂直的，或者说与电弧轴线方向垂直。横吹不但能加强冷却和增强扩散，还能将电弧迅速吹弯吹长。有介质灭弧栅的横吹灭弧室，栅片能更充分地冷却和吸附电弧，加强去游离。在相同的工作 - 8 - 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 条件下，横吹比纵吹效果要好。 图5-2-1 5-3 短弧原理灭弧 灭弧装置是一个金属栅灭弧罩，利用将电弧分为多个串联的短弧的方法来灭弧。由于受到电磁力的作用，电弧从金属栅片的缺口处被引入金属栅片内，一束长弧就被多个金属片分割成多个串联的短弧。如果所有串联短弧阴极区的起始介质强度或阴极区的电压降的总和永远大于触头间的外施电压，电弧就不再重燃而熄灭。采用缺口铁质栅片，是为了减少电弧进入栅片的阻力，缩短燃弧时间。 图5-3-1 5-4 利用固体介质的狭缝狭沟灭弧 灭弧装置的灭弧片是由石棉水泥或陶土制成的。触头间产生电弧后，在磁吹装置产生的磁场作用下，将电弧吹入由灭弧片构成的狭缝中，把电弧迅速拉长的同时，使电弧与灭弧片内壁紧密接触，对电弧的表面进行冷却和吸附，产生强烈的去游离。原理图如右图所示。 - 9 - 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 图 5-4-1 石英砂熔断器中的熔丝熔断时，在石英砂的狭沟中产生电弧。由于受到石英砂的冷却和表面吸附作用，使电弧迅速熄灭。同时，熔丝气化时产生的金属蒸汽渗入石英砂中遇冷而迅速凝结，大大减少了弧隙中的金属蒸汽，使得电弧容易熄灭。原理图如图所示。 图5-4-2 5-4-1 用耐高温金属材料作触头、优质灭弧介质 触头材料对电弧中的去游离也有一定影响，用熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属制作触头，可以减少热电子发射和电弧中的金属蒸汽，从而减弱了游离过程，有利于熄灭电弧。 灭弧介质的特性，如导热系数、电强度、热游离温度、热容量等，对电弧的游离程度具有很大影响，这些参数值越大，去游离作用就越强。在高压开关中，广泛采用压缩空气、六氟化硫(SF6)气体、真空等作为灭弧介质。 - 10 - 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 第六章 电气触头的基本知识 6-1 电气触头基本知识概述 电气触头是指两个导体或几个导体之间相互接触的部分，如母线或导线的接触连接处以及开关电器中的动、静触头。 对电气触头的基本要求 (1)结构可靠; (2)接触电阻小且稳定，有良好的导电性能和接触性能; (3)通过规定电流时，发热稳定而且不超过允许值; (4)通过短路电流时，具有足够的动稳定性和热稳定性; (5)开断规定短路电流时，触头不被灼伤，不发生熔焊。 6-2 触头的接触电阻 触头在正常工作和通过短路电流时的发热都与接触电阻值有关，所以触头的质量在很大程度上取决于触头的接触电阻值。正常情况下，触头间的接触压力、表面加工状况、表面氧化程度及接触情况等都会影响接触电阻值。 6-2-1 触头间的压力 触头间的压力越大，触头间 的接触电阻就越小。 6-2-2 触头材料及防氧化措施 触头一般由铜、黄铜和青铜等材料制成。为防止触头表面被氧化，一般需要采取镀锡、镀银和涂防腐漆和凡士林油等措施加以防护。 6-3 触头的热稳定和动稳定 触头在长期负荷电流下工作时，由于接触电阻的存在，触头要发热，使其温度升高，同时也向周围介质散热，当发热量等于散热量时，触头就稳定在工作温度下运行。这个温度值小于触头材料长期允许的温度。因此，触头是安全的。由于负荷电流相对于短路电流要小得多，所产生的电动力不会影响触头的正常工作。 当触头短时间内通过大电流时，如短路电流、电动机的起动电流等，所产生的热效应和电动力具有冲击特性，对触头能否正常工作造成很大威胁，可能使触头熔焊和短时过热、触头接触压力下降等后果。因此，开关电器必须采取有效措施，保证在通过短路电流时有足够的动稳定和热稳定。 6-4 触头的分类及其结构 6-4-1 按接触面的形式分类 )点接触 是指两个触头间的接触面为点接触的触头，如球面和平面 (1 接触、两个球面接触等都是点接触。这种接触点较固定、接触电阻稳定、触头结构简单;但接触面积小不宜通过较大电流、热稳定性差。 (2)线接触 是指两个触头的接触面为线接触的触头， 如柱面与平面接触，或两个圆柱面间的接触等都属于线接 触 。这种接触电阻较小，接触面比较稳定。 (3)面接触 是指两个平面或两个曲面的接触。在受到 较大压力时，接触点数和实际接触面积仍比较小 。 6-4-2 按结构形式分类 (1)固定触头 - 11 - 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 固定触头是指连接导体之间不能相对移动的触头。 固定触头按其连接方式可分为可拆卸和不可拆卸两类。 (2)可断触头 可断触头按其结构可分为对接式和插入式两大类。 (3)可动触头 可动触头也叫中间触头，又称滑动触头，是指在工作中被连接的导体总是保持接触，能由一个接触面沿着另一个接触面滑动的触头。 第七章 开关电器典型灭弧装置的工作原理 7-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 当电源电压超过数十伏、开断电流在数十安以上时，为减少电弧对触头的烧损和限制电弧扩展的空间，通常需要采取加强灭弧能力的措施，为此而采用的装置称为灭弧装置。 这些灭弧装置的灭弧原理主要有下列十几种: 1(简单开断; 2(磁吹灭弧装置; 3(纵缝灭弧装置; 4(绝缘栅片灭弧装置; 5(金属栅片灭弧装置; 6(固体产气灭弧装置， 7(石英砂灭弧装置; 8(变压器油灭弧装置; 10(SF6灭弧装置; 9(压缩空气灭弧装置; 11(真空灭弧装置。 此外，为了增加灭弧装置的开断能力，通常可以采用下列辅助方法: 1(在弧隙两瑞并联电阻; 2. 附加同步开断装置; 3(附加晶闸管装置。 上述灭弧装置的灭弧原理是: (1) 在大气中依靠触头分开时的机械拉长，使L增大; (2) 利用流过导电回路或特制线圈的电流在燃弧区产生磁场，使电弧迅速移动和拉长; (3)依靠磁场的作用，将电弧驱入用耐弧材料制成的狭缝中，以加强电弧的冷却和消电离; (4) 用金属板将电弧分隔成许多串联的短弧; (5) 在封闭的灭弧室中，利用电弧自身能量分解固体材料，产生气体，以提高灭弧室中的压力，或者利用产生的气体进行吹弧; (6) 利用电弧自身能量，使变压器油分解成含有大量氢气的气体并建立起很高的压力，再利用此压力推动冷油和气体去吹弧; (7) 利用压缩空气吹弧; (8) 利用SF6气体吹弧; (9) 在高真空中开断触头，利用弧隙中由电极金属蒸汽形成的弧柱在电流过零时迅速扩散的原理进行灭弧; (10) 利用石英砂等固体颗粒介质，限制电弧直径的扩展和加强冷却。 7-1-2拉长电弧 一、 在大气中利用机械方式拉长电弧进行灭弧的原理与图例。 - 12 - 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 (1)原理:电弧放长后，电弧电压就增大，其静态伏-安特性向上移动。 图 7-1 (2)图解:如下图示，除依靠触头分开拉长电弧以外，还可依靠导电回路的电流产生的磁场使电弧弯曲来拉长电弧。前者沿电弧的轴向(亦称切向)拉长电弧，后者是沿着垂直于弧轴的方向(亦称法向)拉长电弧。 0.6 l,KI 0lj0 图 7-2 依靠拉长电弧使之恰好熄灭的最短长度，称为临界长度，记为Llj。 其计算公式为: 式中 K——常数，当电源电压为500V时，K=0.75;250V时，K=0.15; ——开断电流的起始值(有效值)，单位为A。 (3)示例: - 13 - 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 例一:刀开关拉长电弧 图 7-3 例二:利用流过导电回路的特制线圈的电流在燃弧期间产生磁场，使电弧迅速移动和拉长。图b)还增加了引弧角。 图 7-4 二、磁吹线圈: 可用于低压直流和交流接触器中。对后者，为减少涡流损耗和避免由于钢夹板中磁通与电弧电流相位不同而产生反向电动力，铁心2上可开一槽或者用硅钢片叠成。 - 14 - 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 图7-5 当铁心不饱和时，如果磁吹线圈开断大电流时产生的磁场适当，则在开断小电流时将因电动力过小而引起吹弧困难。当然，通过设计也能使磁吹线圈在开断小电流时产生的磁场适当。 但这样做，一方面将使磁吹线圈的匝数增加，增大了线圈体积和多用有色金属;另一方面将使开断大电流时产生的磁场过强，使得触头的电磨损大大增加。 为缓和上述矛盾，可以通过适当选择磁吹线圈的匝数以及铁心和钢夹板的截而积，使得开断小电流时磁场加强，在开断大电流时则由于磁路饱和而磁场不致过强。这样，电弧所受到的电动力将不再随开断电流成平方倍数地增加。 三、 纵缝灭弧装置 所谓纵缝就是灭弧室的缝隙方向与电弧的轴线平行。 灭弧装置的工作原理:利用磁吹线圈产生的磁场将电弧驱入耐弧绝缘材料(石棉、水泥、陶土等)制成的具有纵缝的灭弧室中进行灭弧。它既可用于熄灭直流电弧，也可用于熄灭交流电弧。 按缝隙的尺寸和形式，它们又分两种，如图5-5所示。 图7-6表示一单纵缝灭弧装置的原理结构。图中，1为用耐弧绝缘材料制成的灭弧室壁，2为磁吹线圈的钢夹板，3为电弧。 通常上部缝宽小于熄灭电弧的直径。 - 15 - 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 图 7-6 图7-7 由图7-7可见，当电流增大(横坐标向右)时，纵缝灭弧装置中电弧的“伏 安特性”下降程—安特性”随电弧电流增加而下降的程度比自由燃弧时的“伏— 度要缓得多，特别当电流很大时，E可以认为是常数。 随着缝宽的减小和电弧横向运动速度的提高，电弧的“伏—安特性”也将升高，这表明灭弧能力也随之增强。 采用多纵缝可以减小电弧进入上部窄缝的阻力，在驱动电弧运动的电磁力给定时，可以采用比单纵缝灭弧室更小的缝隙。这使灭弧空壁对电弧的冷却和消电离作用更强。 第八章 提高灭弧装置开断能力的辅助方法 8-1并联电阻帮助灭弧电路:图8-1是图8-2的简化图。 - 16 - 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 图 8-1 图 8-2 8-2附加同步开断装置 由于交流电流每秒要通过零点2f(f是电源频率)次。如果我们能使开关电器的触头在电流过零瞬时分开，并以极高的速度拉开到足以承受恢复电压而不发生间隙击穿的距离，则此时弧隙中将不产生电弧，也不存在所谓热击穿阶段。 同时，由于弧隙是未电离的，只需较小的极间距离，就可承受较高的恢复电压。这种开断电路的方法叫做同步开断，而相应的开关电器叫做同步开关开关。 由上述可见，这种理想的同步开关可以无需采用灭弧装置。然而，事实上，实现这一方案非常困难。 其原因主要是: (1) 技术上还不能保证开关电器的触头稳定地每次恰在电流过零时分开; (2)还没有比较简便的方法使开关电器的动触头获得所需的高速度。 工程上获得实际应用的是带灭弧装置的同步开关，即在现有的开关电器灭弧装置上加装同步装置，使触头在电流过零前一极短时刻(例如lms左右)分开，同时提高触头运动速度，使触头从分开到电流过零这段时间内动、静触头能分开到足够距离。 这样做的好处: (1) 触头分开时刻的稳定性要求降低; (2) 有较长的时间让动触头在电流过零时达到一定的开距，从而可以减小动触头的运动速度。这时，虽然在弧隙中流过一定的电流，但因数值较小，而且持续时间较短，弧隙中气体电离情况不太严重，所以在电流过零后弧隙的介质恢复强度数值较高，从而使现有的灭弧装置能够开断更大的电流。 - 17 - 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 图 8-3 8-3附加晶闸管装置 晶闸管具有可控单向导电的性质。如图8-4 所示，如果将它和开关电器S并联，并且当交流电流i的流向如图中的方向时，将开关S的触头分开，同时使晶闸管V触发导通，于是开断电流将从V中流 过。 由于V的电压降大大低于生弧电压，弧隙中将无电弧。此后，当晶闸管V中交流电流过零时它将自动闭锁，于是电路被开断。这种综合有触头开关电器和晶闸管而成的开关称为混合式开关。 原理。 混合式开关 优点:具有较高的电寿命; 缺点:结构较复杂，价格较昂贵. 图 8-4 - 18 - 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 参考文献 《电力机车电器》 乔宝莲主编 中国铁道出版社 《电力机车电器》 张效融等主编 中国铁道出版社 《电器电弧理论》 王其平主编 机械工业出版社 以及网络资源(如中国知网、万方、维普、超星、读秀等) - 19 - 铁道机车车辆专业(机车方向)毕业论文 - 20 -