3.2 陽(yáng)極模式圖的實(shí)驗(yàn)觀察與研究

3.2.1 實(shí)驗(yàn)概述

由于以往的陽(yáng)極放電模式分布圖都是在固定開(kāi)距或是相同分閘速度下得到的，因此分閘速度對(duì)陽(yáng)極放電模式分布圖的影響還不明確。本實(shí)驗(yàn)的目的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比不同分閘速度下得到滅弧室的陽(yáng)極放電模式分布圖，并研究分閘速度對(duì)陽(yáng)極放電模式分布圖的影響。研究中還對(duì)不同觸頭材料，不同觸頭直徑滅弧室的陽(yáng)極模式進(jìn)行了觀察，從而以得到的陽(yáng)極放電模式分布圖為基礎(chǔ)，找到一條盡量避開(kāi)對(duì)開(kāi)斷不利的陽(yáng)極放電模式的分閘特性曲線，從而實(shí)現(xiàn)提高滅弧室開(kāi)斷能力的功能。

為了比較不同觸頭材料的影響，實(shí)驗(yàn)分別使用了納晶CuCr25，微晶CuCr25兩種觸頭材料。兩種材料的顯微組織照片如圖3-4所示。觸頭采用平板型結(jié)構(gòu)，直徑分別為12mm和25mm，厚度為4mm。

圖3-4 納晶CuCr25與微晶CuCr25合金顯微組織比較

a）納晶 b）微晶

實(shí)驗(yàn)回路如圖3-5所示，電流由合成回路提供，試品滅弧室由一臺(tái)永磁操作機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)能夠調(diào)節(jié)分閘的時(shí)序以及分閘速度。實(shí)驗(yàn)采用拉弧方式產(chǎn)生電弧，即在電流的某一相位打開(kāi)觸頭產(chǎn)生電弧。這種方法是最接近于實(shí)際開(kāi)斷過(guò)程中電流的情況。使用永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)可以很好地控制試品開(kāi)關(guān)在擬定的相位進(jìn)行分閘，調(diào)節(jié)精度可以達(dá)到0.1ms，范圍大于20ms，這樣可以通過(guò)該永磁機(jī)構(gòu)得到試品開(kāi)關(guān)不同燃弧時(shí)間下的陽(yáng)極放電模式。另外，該永磁機(jī)構(gòu)還可以通過(guò)調(diào)節(jié)分閘彈簧以及觸頭彈簧的預(yù)壓力來(lái)調(diào)節(jié)分閘速度。我們擬定從試品觸頭剛分后10ms內(nèi)的平均分閘速度為分閘速度，調(diào)節(jié)范圍為1.1～2.0m/s。

圖3-5 實(shí)驗(yàn)線路示意圖

圖3-6是實(shí)驗(yàn)獲得的典型的電弧電壓與電流的曲線。該圖中燃弧時(shí)間為9.4ms，電弧電流峰值為1.5kA，電弧電壓穩(wěn)定在20V左右。

圖3-6 典型的電弧電壓與電流曲線

本實(shí)驗(yàn)采用PhantomV10高速攝影機(jī)（CCD）直接觀察真空電弧陽(yáng)極模式。相機(jī)拍攝速度為10000幅/s。相機(jī)鏡頭光圈值為4，曝光時(shí)間為2μs，并且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中維持不變。通過(guò)對(duì)高速攝影結(jié)果分析，還可以獲得電流幅值、燃弧時(shí)間、觸頭開(kāi)距變化之間的關(guān)系，圖3-7所示為典型的結(jié)果。

圖3-7 電流幅值、燃弧時(shí)間、觸頭開(kāi)距之間的關(guān)系實(shí)驗(yàn)結(jié)果