新型低压双流体断路器的开断效果分析

摘要

低压断路器是保证电网安全运行的重要电器。传统的断路器触头采用固-固接触，具有易燃弧、易熔焊等缺点;双流体断路器基于磁性流体和导电流体在磁性和密度等方面的差异，其电极采用固-液接触，使触头具有接触电阻小、不存在熔焊问题等优点。 为优化双流体断路器参数，本文采用额定电流为630A的物理模型，运用AnsoftMaxwell、Fluent和Ansys Mechanical软件对其进行了电磁场、流场和温度场分析，研究了不同因素对断路器开断性能的影响，得到了双流体断路器的最佳设计参数。 (1)进行了磁场分析，得到了双流体断路器各区域的磁场分布，发现磁性流体内磁感应强度远大于导电流体，流体区域的磁感应强度在x方向先增大后减小、y方向逐渐减小、z方向变化不大;进行了电场分析，得到了断路器的电流密度分布;计算了洛伦兹力和磁化力的分布;比较了不同因素对磁场的影响:磁感应强度随电磁铁安匝数增加而增大，随电极电流增加而增大。 (2)取流体xy截面进行流场分析，利用MHD模型将磁场导入流场，利用UDF将磁化力分布导入流场。通过分析开断和闭合过程流场得到了开断时间0.37s和闭合时间0.1s;通过比较数值模拟结果与实验结果，验证了数值模拟的正确性;通过分析空气、流体用量以及磁场对开断时间、闭合时间、断口距离以及波动效果的影响，得到了双流体断路器的最佳设计参数为腔体内无空气、导电流体高度15mm、磁性流体高度10mm、电磁铁线圈11000A·匝。 (3)进行了温度场分析，发现双流体断路器各部分的温度都处在正常工作范围内，验证了断路器能够长期稳定地工作;分析了不同电极电流和不同流体宽度时的温度变化，为断路器在不同电流下选取合适的流体截面积提供参考和借鉴。

目录

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摘要

1．1．1概述

1．1．2低压断路器发展

1．1．3常见低压断路器

1．2液态金属断路器

1．2．1液态金属断路器现状

1．2．2液态金属断路器特点

1．3双流体断路器

1．3．1双流体断路器各部分组成

1．3．2双流体断路器原理

1．3．3双流体断路器特点

1．3．4双流体断路器发展概况

1．4本文研究意义及主要内容

第2章数值模拟理论及方法

2．1电磁场分析理论及方法

2．1．1电磁场基本理论

2．1．2 Ansoft软件介绍

2．1．3电磁场求解方法

2．1．4电磁场边界条件

2．2流场分析理论及方法

2．2．1电磁流体力学基本理论

2．2．2 Fluent软件介绍

2．2．3 Fluent计算模型及求解方法

2．2．4流场边界条件

2．3温度场分析理论及方法

2．3．1温度场基本理论

2．3．2 Ansys软件介绍

2．3．3 Ansys温度场求解方法

2．3．4温度场边界条件和初始条件

第3章电磁场分析

3．1模型建立和物性参数

3．2结果分析

3．2．1磁场分布

3．2．2电流密度

3．2．3流体受力

3．3不同因素对电磁场的影响

3．3．1电磁铁安匝数的影响

3．3．2电极电流的影响

3．3．3磁场位置的影响

3．4本章小结

第4章流场分析

4．1模型建立和物性参数

4．2结果分析

4．2．1开断过程

4．2．2闭合过程

4．2．3洛伦兹力计算

4．3不同因素对流场的影响

4．3．1电极位置的影响

4．3．2空气对流场的影响

4．3．3流体用量对流场的影响

4．3．4磁场对流场的影响

4．4本章小结

第5章温度场分析

5．1模型建立与物性参数

5．2结果分析

5．3本章小结

6．1结论

6．2展望

参考文献

致谢

个人简历