真空開(kāi)關(guān)電弧實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
真空開(kāi)關(guān)電弧灰度等值曲線(xiàn)
圖4是在不同的濾光片所得到的真空開(kāi)關(guān)電弧圖像。圖5是借助MATLAB 軟件處理得到的電弧的灰度等值曲線(xiàn)圖像。通過(guò)曲線(xiàn),可清楚看到電弧弧柱中心區(qū)域灰度值最大,達(dá)到飽和值,沿著徑向灰度值不斷降低,這說(shuō)明弧柱區(qū)域的等離子體密度和溫度都較高,且由于等離子體內(nèi)部壓力梯度的作用,弧柱等離子體不斷向外擴(kuò)散,弧柱側(cè)面等離子體相對(duì)稀薄,從而灰度值也低。還可發(fā)現(xiàn)陽(yáng)極灰度值分布很不均勻,中心灰度值很大而兩邊很小,這是由于陽(yáng)極前等離子體密度徑向梯度很大,由電子和離子遷移所引起的流入陽(yáng)極中心的能流密度較高引起的。等值線(xiàn)圖能很好地給出開(kāi)關(guān)電弧的位置和強(qiáng)度分布,可為真空滅弧室的設(shè)計(jì)人員提供幫助,使其對(duì)真空開(kāi)關(guān)觸頭間的溫度分布情況有了初步的了解。
圖4 不同濾光片下的電弧圖像
真空開(kāi)關(guān)電弧等離子體電子溫度
根據(jù)放電氣壓條件的不同,等離子體分熱等子體和冷等離子體。真空開(kāi)關(guān)電弧等離子體是在高真空中產(chǎn)生的,等離子體處于非熱平衡狀態(tài),此時(shí)電子在與離子或中性粒子的碰撞過(guò)程中幾乎不損失能量,故電子溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于離子、中性粒子溫度,電弧的燃熾和熄滅與電子溫度水平及其分布規(guī)律有很大的關(guān)系 ,從而電子溫度是真空開(kāi)關(guān)電弧等離子體的一個(gè)重要參數(shù),也是我們重點(diǎn)診斷的對(duì)象。
圖5 真空開(kāi)關(guān)電弧的灰度等值曲線(xiàn)
圖6是假設(shè)電弧等離子體是均勻的,根據(jù)式(5),運(yùn)用二比色測(cè)溫原理測(cè)得的電子溫度在距離陽(yáng)極表面2mm 處的徑向分布曲線(xiàn)。由圖不難看出,電子溫度沿著徑向不斷降低。同時(shí)可看出最高電子溫度為3197×104K,約等于3142eV ,這與以往中測(cè)得的電子溫度范圍018～410eV 在數(shù)量級(jí)上是一致的。
圖6 電子溫度徑向分布曲線(xiàn)
金屬蒸氣等離子體是開(kāi)關(guān)電弧的基本狀態(tài),在研究真空開(kāi)關(guān)電弧等離子體參數(shù)的基礎(chǔ)上,對(duì)其進(jìn)行調(diào)控,是開(kāi)關(guān)電器領(lǐng)域重要的研究任務(wù)之一。本文運(yùn)用CCD光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)了真空開(kāi)關(guān)電弧等離子體溫度診斷,得到了真空開(kāi)關(guān)電弧的圖像和相應(yīng)的灰度等值曲線(xiàn),通過(guò)二比色測(cè)溫原理得到了真空開(kāi)關(guān)電子溫度的分布曲線(xiàn)。在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,需要進(jìn)一步考慮開(kāi)關(guān)電弧的動(dòng)態(tài)特性、電極材料及形狀、電路和流場(chǎng)與磁場(chǎng)條件等多種因素,從而得到具有普遍意義的金屬蒸氣電弧等離子體模型和實(shí)用有效的電弧調(diào)控措施,為指導(dǎo)新型開(kāi)關(guān)電器的設(shè)計(jì)服務(wù)。
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