触头系统的自励磁场除有利于减小电弧停滞时间外,更重要的是对电弧产生磁吹作用,这里磁吹有两重意义:一个是对电弧产生洛伦兹力,驱动电弧进入栅片灭弧室;另一个作用是对电弧产生冷却作用。除此之外,触头系统的自励磁场与流过动触头杆的电流相互作用产生使动触头斥开的电动斥力,此力能帮助操作机构加速触头的分断,使电弧迅速拉长,有利于加速电弧电压的增长,所以自励磁场对断路器的开断性能有重要作用。
图4-45介绍了五种限流断路器触头系统结构,在触头斥开,触头间呈现电弧的条件下,方案B采用下进线U形静触头导电回路,虽然比方案A采用平板式静触头的自励磁场要强,但产生磁场的效率不高。图4-64为作用在电弧中心线上磁场的分析,其中把动、静触头导电回路分成6个单元,其中单元(2)为电弧,由图可见,仅单元(1)和单元(3)产生的磁场是正方向的,能驱动电弧吹向灭弧室,而单元(4),(5),(6)产生的磁场都是负方向,会使电弧向反方向运动。
图4-64 下进线U形静触头回路的磁场分析
插入U形槽如图4-65所示,即图4-45中方案D,可以增强触头区磁场并增大触头斥开后的电动力,对图4-65所示的触头系统模型在有U形槽和去掉U形槽的条件下,取电弧直径为16mm,用三维有限元磁场分析,计算求得的电动斥力与开断电流关系如图4-66所示,可见由于磁场的增强,有U形槽的电动斥力较无U形槽的有较大的电动斥力增强。进一步提高自励磁场可采用上进线静触头导电回路,如图4-67a所示,为了使动触头能在上进线回路内运动,进线后,导电回路分成前后两半,动触头处于中间,为了便于观察,图中的前面一半已截去。上进线导电回路的电流流动方向如图4-67b所示,图中电流单元(1)、(2)、(3)、(4)和(5)产生的磁场都是正的,都能驱动电弧向灭弧室栅片移动,并且电流单元(1)、(2)、(3)、(4)和(5)与动触头电流单元产生的电动斥力都是促使动触头斥开的。因而这种结构有利于增强触头打开时的电动斥力和吹弧磁场。图4-68为对两种进线结构的磁场和电动斥力进行了仿真对比,由图可看出采用上进线电流回路可大幅度提高电动斥力和吹弧磁场。
图4-65 在最大打开位置带U形槽的触头系统
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图4-66 电动斥力矩与开断电流关系
图4-67 上进线静触头导电回路
a)导电回路结构与磁场分布图 b)导电回路的电流流动方向
图4-68 两种进线结构的电动斥力与吹弧磁场对比
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