灭弧系统设计

毕业设计论文题目交流接触器的优化设计（院）系电气与信息工程系专业电气工程及其自动化班级0104 学号 010******* 学生姓名谭闯辉导师姓名赵毅君完成日期 2005年6月16日湖南工程学院毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：交流接触器的优化设计姓名谭闯辉系别电气与信息工程系专业电气工程及其自动化班级0104 学号010********指导老师赵毅君教研室主任石安乐一、基本任务及要求：在规定时间内，完成以下工作：1、整体方案的设计；2、触头系统设计；3、灭弧系统设计；；4、电磁系统设计（计算机优化设计）；5、提交设计说明书和图纸。

二、进度安排及完成时间：（1）3月7日至3月26日：查阅资料；撰写文献综述和开题报告；熟悉相关的知识。

（2）3月26日至4月9日：毕业实习。

（3）4月10日至4月20日：整体方案的设计。

（4）4月21日至5月10日：触头系统设计。

（5）5月11日至5月20日：灭弧系统设计。

（6）5月21日至5月30日：电磁系统设计（计算机优化设计）。

（7）6月1日至6月14日：撰写毕业设计论文。

（8）6月17日至6月20日: 毕业设计答辩。

目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1交流接触器的用途、工作原理及分类 (1)1.2交流接触器的主要技术参数 (1)1.3交流接触器的主要技术指标 (3)1.4接触器的设计要求和典型结构 (4)1.4.1设计要求 (4)1.4.2典型结构 (4)1.5总体结构方案的确定 (4)第2章触头系统设计 (6)2.1 触头的定义及形式 (6)2.2 触头设计的要求 (7)2.2.1触头材料的选择要求 (7)2.3触头的工作参数、结构参数和特性指标 (7)2.3.1触头的工作参数 (7)2.3.2触头的结构参数 (7)2.4主触头的设计 (8)2.4.1 主触头回路形式 (8)2.4.2 主触头的设计与计算 (8)2.4.3主触头温升与热稳定性的验算 (11)2.5辅助触头的设计与计算 (13)2.5.1辅助触头的基本参数 (13)第3章灭弧系统设计 (16)3.1概述 (16)3.2灭弧原理的研究 (16)3.2.1斯列宾理论 (16)3.2.2 熄灭电弧的基本方法 (16)3.2.3 常用的灭弧装置 (17)3.3选择主触头灭弧系统的结构形式及尺寸 (18)3.3.1验算主触头灭弧系统性能 (19)3.4辅助触头系统的灭弧方法 (19)第4章电磁系统设计 (20)4.1 概述 (20)4.1.1电磁系统的种类和典型结构形式 (20)4.1.2电磁系统的基本特性 (20)4.2 电磁系统设计 (21)4.2.1计算电磁系统反力 (22)4.2.2电磁结构形式的确定 (24)4.2.3电磁铁的设计与计算 (25)4.2.4磁铁初步设计 (28)4.3 分磁环的设计 (30)4.3.1 分磁环的概念 (30)4.3.2 分磁环的结构及其固定方式 (31)4.3.3 分磁环的设计与计算 (31)4.4确定其它结构尺寸和画出磁系统草图 (32)4.5 电磁铁性能验算 (33)4.5.1主要计算 (33)4.5.2主要判断 (38)4.5.3计算电磁铁材料及经济重量 (40)第5章交流接触器的节电运行 (41)5.1 概述 (41)5.2传统电磁系统存在的问题 (41)5.3交流接触器节电的基本原理 (42)5.4交流接触器节电技术的发展 (43)5.4.1节电产品的分类 (44)5.4.2电容式无声节电器的结构和原理 (44)结束语 (48)参考文献 (49)致谢 (50)附录A 吸力-反力特性曲线图 (51)附录B 总装备图与主要零部件图 (52)交流接触器的优化设计摘要：本次设计的是100A三极交流接触器，在分析样机的基础下，选取最优的设计方案进行设计。

真空灭弧室原理引言真空灭弧室是一种用于灭弧的设备，广泛应用于电力系统、工业设备和实验室等场合。

其原理是利用真空环境下的电离和电子的扩散效应，将电弧能量迅速扩散和吸收，从而使电弧熄灭。

本文将对真空灭弧室的原理进行详细介绍。

一、真空灭弧室的结构真空灭弧室由外壳、绝缘件、真空开关和灭弧室组成。

1. 外壳：真空灭弧室的外壳通常由耐高压、耐热、耐腐蚀的材料制成，如陶瓷或金属。

外壳的主要功能是提供机械保护和绝缘保护。

2. 绝缘件：绝缘件通常由陶瓷或氧化铝等绝缘材料制成，用于隔离和支撑内部部件。

绝缘件的作用是保证真空灭弧室的绝缘性能和机械强度。

3. 真空开关：真空开关是真空灭弧室的核心部件，其内部有一个真空室和一对电极。

真空室用于创造真空环境，电极用于产生和灭弧。

4. 灭弧室：灭弧室是真空开关内部的一个空间，用于吸收和扩散电弧能量。

灭弧室通常由缓冲材料填充，如石英砂或陶瓷珠。

缓冲材料可以吸收电弧能量，并将其扩散到更大的面积，从而实现电弧的灭弧。

二、真空灭弧室的工作原理真空灭弧室利用真空环境下的电离和电子的扩散效应，将电弧能量迅速扩散和吸收，从而使电弧熄灭。

其工作原理如下：1. 开关闭合：当真空开关处于闭合状态时，电流从电源流入真空开关的电极，形成电弧。

2. 电离：电弧中的电流通过电离作用，使气体分子电离产生电子和离子。

电子和离子的产生使电弧能量迅速增加。

3. 扩散：在真空环境下，电子和离子的运动受到限制，无法迅速扩散和散失。

而灭弧室内的缓冲材料可以吸收电弧能量，并将其扩散到更大的面积。

4. 能量衰减：电弧能量在缓冲材料中逐渐衰减，同时扩散到更大的面积。

这样，电弧的能量密度得到降低，使得电弧变得不稳定。

5. 熄灭：由于电弧的不稳定性和能量衰减，电弧最终熄灭。

此时，真空开关断开电路，完成灭弧过程。

三、真空灭弧室的特点真空灭弧室具有以下特点：1. 高灭弧能力：真空环境下，电弧能量可以迅速扩散和吸收，使得灭弧速度和能力大大提高。

某工厂10kV车间变电所电气部分设计10kV车间变电所电气部分设计一、概述10kV车间变电所作为一座工厂的重要电气设施，负责将供电局提供的高压电力通过变压器降压，将电能供应给车间的各个电气设备。

本文将对10kV车间变电所的电气部分设计进行详细的叙述。

二、所需设备1. 10kV高压开关柜：用于控制和保护高压线路，包括主要开关、保险丝、断路器等。

2. 变压器：将10kV高压电力变压为车间所需要的低压电力。

3. 低压开关柜：包括主供电开关柜、柜式配电装置等，用于控制和保护低压线路。

4. 电能计量装置：用于对供电情况、电能消耗等进行监测和计量。

5. 接地装置：用于将设备和设施的金属外壳和地面接地，保证人员和设备的安全。

6. 照明设备：为车间提供足够的照明。

三、电气系统设计1. 高压侧设计高压侧主要由供电局提供的10kV高压线路、高压开关柜和变压器组成。

高压开关柜具备主开关和断路器等功能，对高压线路进行控制和保护。

变压器通过调整变比，将10kV高压电力变压为车间所需的低压电力。

2. 低压侧设计低压侧由变压器、低压开关柜和柜式配电装置等组成。

低压开关柜通过控制和保护低压线路，将低压电力供应给车间内各个设备。

柜式配电装置对电能进行分配和监测，确保各个设备正常供电。

3. 配电设计根据车间的用电情况和设备功率需求，制定合理的配电方案。

主供电开关柜通过断路器和熔断器对电路进行控制，确保各个设备的正常运行。

柜式配电装置对电能进行计量和监测，实时了解车间的用电情况。

四、安全设计1. 接地设计为保证车间变电所的安全运行，需要对设备和设施进行接地。

通过接地装置，将设备和设施的金属外壳和地面接地，防止电气设备进行漏电或感应电，保证人员和设备的安全。

2. 避雷设计为保证车间变电所在雷电天气下的安全运行，需要进行合理的避雷设计。

采取避雷针和避雷网的形式，将雷击电流引导到大地，保护设备和设施的安全。

3. 灭弧设计高压开关柜的灭弧设计是车间变电所电气部分设计中至关重要的一环。

引用各类断路器的灭弧原理电机设备2010-10-27 15:24:38 阅读30 评论0 字号：大中小订阅本文引用自缘分的天空《各类断路器的灭弧原理》引用缘分的天空的各类断路器的灭弧原理真空断路器灭弧原理？在真空断路器分断瞬间，由于两触头间的电容存在，使触头间绝缘击穿，产生真空电弧。

由于触头形状和结构的原因，使得真空电弧柱迅速向弧柱体外的真空区域扩散。

当被分断的电流接近零时，触头间电弧的温度和压力急剧下降，使电弧不能继续维持而熄灭。

电弧熄灭后的几μs内，两触头间的真空间隙耐压水平迅速恢复。

同时，触头间也达到了一定距离，能承受很高的恢复电压。

所以，一般电流在过零后，不会发生电弧重燃而被分断。

这就是其灭弧的原理。

SF6开关的灭弧原理10kV SF6断路器灭派性能优良，不仅在于SF6气体本身，而且采用旋弧式灭弧室。

目前，国内外在10kV电压级的SF6断路器研制上，广泛采用了具有良好灭弧性能的旋弧式灭抓室，它利用短路电流来建立磁场，使电弧在电磁力的作用下高速旋转，以达到自动灭弧的作用。

其灭弧原理从图1可见：当短路开始，电信号反馈到脱扣器，使开关分闸。

在分闸的瞬间，动触头和静触头之间就产生了电弧。

动触头继续向下运动，电弧很快转移到引弧电极上。

此时，绕在圆筒电极外而串联在静触头与圆筒电极之间的磁吹线圈通过短路电流，因而产生了磁场，于是电磁力驱使电弧高速旋转，在SF6气体中，电弧的高速旋转使得其离子体不断地与新鲜的SF6气体接触，以充分发挥六氟化硫的负电性，从而迅速地熄灭电弧。

油断路器的灭弧原理当油断路器开断电路时，只要电路中的电流超过0.1A，电压超过几十伏，在断路器的动触头和静触头之间就会出现电弧，而且电流可以通过电弧继续流通，只有当触头之间分开足够的距离时，电弧熄灭后电路才断开。

1OkV少油断路器开断20KA时的电弧功率，可达一万千瓦以上，断路器触头之间产生的电弧弧柱温度可达六七千度，甚至超过1万度。

油断路器的电弧熄灭过程是，当断路器的动触头和静触头互相分离的时候产生电弧，电弧高温使其附近的绝缘油蒸发气化和发生热分解，形成灭弧能力很强的气体（主要是氢气）和压力较高的气泡，使电弧很快熄灭。

固封极柱用真空灭弧室固封极柱用真空灭弧室是一种用于高压开关设备的重要组件，它的作用是在开关操作时消除电弧，并且保证设备的可靠性和安全性。

本文将介绍固封极柱用真空灭弧室的工作原理、结构特点、应用领域以及未来发展趋势。

一、工作原理固封极柱用真空灭弧室的工作原理主要是利用高真空状态下的电场效应和磁场效应来消除电弧。

在设备操作时，当触头分离时，产生的电弧会迅速扩散并在灭弧室内形成一个电弧柱。

灭弧室内部安装了一组电极和磁场线圈，利用电场效应和磁场效应将电弧柱的能量转化为热能，使电弧迅速熄灭。

利用高真空状态下的绝缘性能，确保设备的安全可靠性。

二、结构特点固封极柱用真空灭弧室的结构主要包括外壳、触头、灭弧室、绝缘材料、电极和磁场线圈等组件。

外壳采用高强度金属材料制成，具有良好的耐压性能。

触头采用铜合金或其他导电材料制成，具有良好的导电性能和耐磨性。

灭弧室采用高真空度的材料制成，确保灭弧效果。

绝缘材料采用高压绝缘材料，确保设备的绝缘性能。

电极和磁场线圈组成了灭弧系统，通过优化设计可实现更好的灭弧效果。

三、应用领域固封极柱用真空灭弧室主要应用于高压断路器、负荷开关、隔离开关等高压开关设备中。

在这些设备中，灭弧室起着关键的作用，可以有效消除电弧，确保设备的安全可靠性。

固封极柱用真空灭弧室具有体积小、重量轻、寿命长等特点，适用于各种高压开关设备的应用场景。

四、未来发展趋势随着高压开关设备的不断发展，固封极柱用真空灭弧室也在不断改进和完善。

未来，固封极柱用真空灭弧室将继续向高性能、高可靠性和智能化方向发展。

在材料方面，将会出现更多新型高性能材料的应用，如碳纳米材料、高温陶瓷材料等，以提高灭弧室的耐压性能和绝缘性能。

在结构设计上，将会更加注重产品的紧凑性和便捷性，以适应设备的小型化和智能化趋势。

在灭弧技术上，将会采用更先进的电极和磁场线圈设计，以提高灭弧效果和稳定性。

固封极柱用真空灭弧室将会在高压开关设备领域发挥越来越重要的作用，为设备的安全可靠性提供更好的保障。

浅析直流快速断路器的灭弧系统作者：刘德梅来源：《职业·下旬》2009年第08期直流快速断路器的灭弧系统对设备安全运行至关重要。

因为断路器分断电流时所产生的电弧将烧损触头并危及绝缘,严重的情况下甚至会引起断路器的爆炸,造成火灾。

因此,对灭弧系统的设计务必谨慎。

笔者在此对直流快速断路器的灭孤系统、各种灭孤室的灭弧原理及设计灭弧系统中的注意事项做一些简单介绍。

一、直流快速断路器的熄弧机理分断直流电路时,如被分断的电流以及分断后加在触头间隙的电压都超过一定数值,则触头间直接产生电弧。

电弧总压降Uh由阳极压降Ua、阴极压降Uk以及弧柱压降Uz三部分组成,即:Uh=Ua+Uz+Uk ,其中Ua与Uk之和为近极压降、Uz=EZ•LZ (EZ弧柱电位梯度,V/cm ;LZ电弧长度,cm )。

实践和理论都证明:增大直流电弧的总压降Uh可以提高直流电弧的静伏安特性,促进直流电弧的熄灭。

二、直流快速断路器中促进电弧熄灭的常用措施1.增加近极压降如用金属栅片将电弧分割成一系列串联的短弧,因为每一短弧都有一阴极压降和阳极压降,所以可以使总的电弧电压大为增加。

2.拉长电弧在有限的弧室空间内增大电弧长度LZ ,可以提高电弧电压Uh,促进电弧的熄灭。

其具体方法有增加触头开距、利用电动力磁吹灭弧等。

3.增大弧柱电位梯度EZ设法增大EZ可以提高电弧电压,具体方法有:(1)增大电弧周围气体介质的压力。

(2)增大电弧与流体介质之间的相对运动速度,以提高去游离强度。

(3 )使电弧与耐弧的绝缘材料(如石棉水泥板或陶土等)密切接触。

依靠耐弧绝缘材料对电弧的冷却作用以及表面复合作用,使EZ增大。

三、直流快速断路器中各种常用灭弧室的灭弧原理1.金属栅片灭弧室金属栅片灭弧室的灭弧原理是将电弧分割成许多串联的短弧,以增加近极压降,提高电弧总压降,促使电弧熄灭。

它一般是用 1～4 mm 厚的金属栅片叠装而成,栅片可用铁或铜制成,相互绝缘,片间距离一般为 1～10mm,平行或扇形地安装在灭弧室中。

栅片灭弧的灭弧原理
栅片灭弧是一种常用的灭弧装置，用于电力系统中的高压开关设备中，主要用于防止开关设备释放能量时产生的电弧继续燃烧，有效消除或减少电弧造成的危害。

栅片灭弧通过特殊的设计和机械运动来实现灭弧作用，其原理主要包括电磁吹弧原理、充沛灭弧原理和快速隔离原理。

电磁吹弧原理是栅片灭弧的一种常见工作原理。

当电流超过正常工作范围时，产生的电磁场会作用在栅片上，栅片受到电磁力的驱动，迅速运动，将产生的电弧吹灭。

电弧穿越栅片时，电弧感受到栅片上的电磁力，使其产生偏转运动，最终远离电极，电弧灭强。

这种方式主要利用栅片运动过程中产生的磁场对电弧进行控制和灭弧。

充沛灭弧原理是栅片灭弧的另一种工作原理。

当电弧电流大于零时，会导致电弧产生磁场，磁场作用在栅片上。

栅片受到磁场的驱动，迅速运动，挡住电弧的扩散路径，使电弧消失。

这种方式主要借助栅片的运动来切断电弧的传导路径，实现灭弧作用。

快速隔离原理是栅片灭弧的另一种机制。

当开关设备需要断开电路时，栅片通过快速运动将电极间隔离，中断电弧的传导路径。

在电弓名义短路开断能力不足的情况下，利用栅片迅速分离电极，断开电弧，避免电流继续传导，保护开关设备。

总结来说，栅片灭弧主要通过电磁吹弧、充沛灭弧和快速隔离这三种原理来实现。

在电气设备中，当电弧发生时，栅片受到外界的驱动力，迅速移动，通过切断电弧的传导路径或将电弧吹灭的方式，实现灭弧的目的。

栅片灭弧装置能有效保护设备和人员的安全，避免电弧所引起的事故和损害。

在高压开关设备中，广泛应用栅片灭弧技术是现代电力系统的重要组成部分。

本科生毕业设计（论文）文献综述题目：符合UL489标准的塑壳式断路器触头系统和灭弧系统的设计与试验姓名：学号：学院：专业：年级：指导教师：2014年03月30日引言：塑壳式断路器也称空气开关或装置式自动开关。

主要用作低压系统的电能的保护和分断。

塑壳断路器主要由主触头系统、灭弧系统、操作机构、脱扣器和外壳等部分组成。

脱扣器接收故障信号，并传递给操作机构，由其控制主触头及辅助触头的断开和闭合。

灭弧室用于熄灭主触头系统在分断电路时产生的电弧。

当断路器出现短路电流并达到整定值时，瞬时脱扣器中的电磁铁动作，推动牵引杆运动，使操作机构脱扣，从而将电路切断。

当电路中出现过载电流时，过载脱扣器中的热双金属受热弯曲，推动牵引杆运动，达到规定时间后操作机构脱扣，将电路切断。

塑壳断路器的UL489标准和IEC标准主要区别在于UL489标准的验证试验更加注重断路器的安全性和寿命，增加了一个6倍过载试验，检验每相温升是否在规定值内，并且其寿命试验的次数为10000次也远大于IEC标准的4000次，来提高断路器的安全性能。

触头系统和灭弧系统是断路器的主要结构。

电动斥力是影响触头系统正常工作的重要因素，触头系统可靠性的高低直接影响了整个断路器的性能。

而同时合理设计的触头灭弧系统内部的结构，使之能获得更强的吹弧磁场和磁吹力，对于提高塑壳断路器的分断性能和安全性能具有重要意义。

磁场中的载流导体必然受到力的作用，这个力企图改变回路的形状，以使环绕的磁通增加[1]。

由于电流产生磁场，因此载流导体之间也要受到力的作用，这种力称为电动力。

电器的触头系统中由于有电流通过，导体之间同样存在着相互作用的电动力。

动、静触头间的电动斥力轻则使触头压力减小，接触电阻增大以至温升升高，重则使触头弹开，产生电弧，加速触头磨损或导致触头熔焊。

因此，研究电动力对设计好塑壳断路器的触头系统和灭弧系统，提高断路器的安全性具有重要意义。

作用在动触头上的电动斥力 F ( 包括导电回路产生的洛仑磁力F及触头间由于电流收缩产生的Holm力)和预压力决定了触头的斥开时间和打开速度，从而对塑壳断路器的限流性能产生重要的影响。