直流继电器类开关电器电弧实验

1.1 直流大功率继电器类开关电器灭弧介质

1.1 直流大功率继电器类开关电器灭弧介质
在充气气压为 1atm、负载电压 270V电流均为 200A 的实验条件下，对氮气电弧与空气电弧进行了对比。实验结果表明，氮气下，电弧燃弧时间较空气环境略微缩短，电弧在燃弧尾声不会出现电弧的跳动现象，即不会出现过低的负电压，总体而言电弧燃烧较为稳定。在整个电弧燃弧阶段，氮气环境下，电弧燃烧范围下，电弧颜色呈现淡蓝色，电弧边缘略微呈现淡紫色，这与空气电弧呈现亮白色，电弧边缘呈现橙红色是不同的。武建文团队[41,42]搭建了可拆卸、透明并密封的充气式灭弧室实验模拟装置，采用桥式双断点触头对充气气压为 0.4MPa 氢气-氮气混合气体电弧与纯氮气电弧特性在直流 270V 电压下分别进行了分断电弧试验，试验结果表明，混合气体中氢气 80%-氮气 20%熄弧特性能力比纯 N2 优越。Yuji Shiba[45,46]等利用密封充气实验装置测试了在直流电压 25～600V，电流 30～ 250A，充气气压为 0.1MPa 下条件下的分断电弧参数，通过实验发现氢气电弧电压较高，并获得了氢气-氮气的熄弧的最佳配比为 80%∶20%。
1.2 永磁磁吹灭弧影响
Zhai Guofu[27,28]等在 0mT、100mT 和 200mT 的磁场强度下分析了横向磁场和纵向磁场对燃弧时间、反向运动、停滞时间及材料转移的影响。结果表明，纵向磁场对电弧特性的影响可以忽略，在直流大功率继电器类开关电器中可以采用永磁体进行横向磁场吹弧的方式进行加速灭弧，减轻触头烧蚀和材料转移，从而达到延长电寿命的目的。文献[34] 研究了外加横向磁场对氢气和氢气混合气体分断电弧的影响，在 0～85mT 的磁场强度下发现由于氢气分子质量轻，电弧运动速度较快，电弧电压通过电弧拉长急剧上升，这种效应即使在弱磁场中也存在。文献[48]在低于 500V 的电压下，分别对 30A 和 4A 进行电弧分断实验，研究发现，在 19mT、53mT 和 157mT 磁吹条件下在熄弧时刻的开距和电弧长度较无磁吹条件下的短，电弧熄灭时的开距与电流和电压无关，电弧熄灭时的电弧长度随着分断电流的增加而延长。
1.3 直流继电器触头结构
针对直流大功率继电器桥式触头的全接触和半接触两种结构分别进行 100 次分断电弧试验，触头结构如图 13 所示，其中图 13a 动触头中左侧为全搭接触结构，右侧为半搭接触结构。实验结果表明，其中全搭接触结构中的触头侵蚀较半搭结构更严重，因此在直流大功率继电器类开关中，在综合考虑燃弧可控性、弧根位置随机性、触头烧蚀等关键问题发现半接触结构触头系统更为理想。

Juna Sekikawa 等[49]提出了在圆柱状触头侧面安装绝缘套管的新型结构，通过实验比较了触头是否安装绝缘套管对电弧重燃的影响，发现阴极触头增加绝缘套管后，重燃变得更为严重，燃弧时间也相应增加，主要是因为阴极斑点在触头侧壁带有绝缘套管时无法移动出触头表面，触头间隙的金属蒸气较多以致重燃；而阳极侧增加绝缘套管与否对电弧运动没有影响。Makoto Hasegawa[50]对不同分断速度下的直流感性负载下的电弧特性进行了实验研究，分析了燃弧时间与触头分断速度关系。

1.4 继电器触头材料

银基触头材料以其优良的性能在中、小功率继电器中取得了广泛应用[27,28,32,33,43,44]，但是由于电弧的作用，特别是大电流下会引起熔焊、电弧烧蚀甚至严重的金属液滴喷溅，大幅缩短触头电寿命，因此在继电器向更高电压等级、更大分断容量发展的过程中选择性能优异的触头材料以满足继电器的长寿命和高可靠性变得越来越重要。目前直流大功率继电器的相关研究中主要采用铜及其合金材料为触头材料[31,34-40]，其中 Zhou Xue 等[31]通过试验对纯铜触头和铜-钼合金触头的电弧和电接触特性进行了研究，试验结果显示，铜钼合金触头电弧温度相对较低从而在一定程度上避免了热击穿，耐电弧侵蚀，具有较长电寿命。因此，铜钼合金是未来应用于直流大功率接触器、继电器等产品的较为理想的潜在替代材料之一。

来自海洋兴业仪器hyxyyq.com

zh6817719 · 2018-4-10 10:39:29

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