一、报告人简介：

        王丛亮，电气学院电器与电子可靠性研究所2020级硕士研究生，导师为周学副教授，研究方向是大功率直流接触器气动斥力特性分析及实验研究。

二、报告内容简介：

      1.参加人员：王从亮、冯祥东、胡珂、付饶、谢春峰等。

      2.会议的主要内容：介绍大功率直流接触器的气动斥力的仿真计算过程，并分析其影响因素。

三、讨论内容：

      1.讨论内容：

电弧斥力的仿真计算方法、理论公式分析、影响因素分析。

      2.与会人员提出观点、意见等：

目前现有的气动斥力仿真方法，假设起弧间隙内粒子密度不变，因此仿真时流体设为不可压缩流动，与实际存在偏差，应该改善模型，用可压缩流动进行求解。

 

四、需要完善、改进的地方：

1.英语表达能力需要加强。

五、会议现场：

                                              

六、国内外相关技术前沿：

John J.Shea建立了一个密封的活塞模型[1]，如图1所示。以模拟灭弧室中电弧的气动斥力对触头的影响，并获得了气动斥力的经验公式。这种简易的等效模型忽略了阴极和阳极的等离子体喷流、并假设电弧处于局部热力学平衡状态，均匀的填充在活塞腔室内，这样的等效假设和实际燃弧时候的电弧特性相差较大，因此最后得出的结果波动性较大，可靠性也不高。

图1 等效活塞模型

 

对于真空中电弧的气动斥力，主要由电极处的等离子体喷流造成，Marks H S采用了一种简化后的的触头模型，在真空条件下对气动斥力进行了测量实验[2]，如图2所示。阴极由铝丝悬挂，在燃弧时允许阴极自由摆动，通过测量挠度来计算离子喷流对阴极的斥力，发现此时的气动斥力是电流的线性函数。该方法在一定电流范围内可以获得准确直观的气动斥力的数值。

图2 离子喷流作用力测量示意图

D. Piccoz 设计了一个精密的测试设备，实验研究了触头材料、短路电流的持续时间和电极的极性等与气动斥力的关系 [4] 。Martin Bizjak 首先测量了触头斥开过程的电流、电压和位移参数，然后基于实验结果建立了触头分离的初始阶段、金属相电弧向气相电弧转化阶段及燃弧阶段电动斥力和气动斥力的计算模型，分析了电流、电压、电路参数对于触头运动过程的影响 [8] 。X. Zhou 和 John J. Shea均从能量平衡的观点触发，假设电弧能量的 70%由辐射耗散，分别根据电弧辐射系数和电弧电导率与电弧温度及压力之间的关系，给出气动斥力与电弧输入功率和触头位移之间的数学关系式 [1-2] 。但在文献[1]和[2]中，采用的是纯空气中稳定燃烧电弧的电导率与温度和压力之间的关系，而实际上，低压电器中的电弧是金属粒子和高温电离空气的混合等离子体，和纯空气介质相比，其电导率较高。而且，文献[2]的研究结果也指出其方法上的局限性，即灭弧室中的压力并不能很好地通过电导率与压力和温度的关系得到，这直接影响了气动斥力数值的计算。

参考文献：

[1]     Shea J J, DeVault B, Chien Y K. Blow-open forces on double-break contacts[J]. IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology: Part A, 1994, 17(1): 32-38.

[2]     Marks H S, Beilis I I, Boxman R L. Measurement of the vacuum arc plasma force[J]. IEEE transactions on plasma science, 2009, 37(7): 1332-1337.

[3]     V. Nemchinsky, "Influence of Ambient Gas Pressure on Cathode Erosion Rate in a Vacuum Arc," in IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 47, no. 1, pp. 701-705, Jan. 2019, doi: 10.1109/TPS.2018.2863222.

[4]     Piccoz D，Teste Ph，Andlauer R，et al．The repulsion of electrical contacts crossed by short-circuit currents[C]．Proc．45th IEEE Holm Conf.Electrical Contacts，Pittsburgh，USA，1999．