多组分、强电流空气开关电弧等离子体的关键行为研究

对空气开关电弧等离子体复杂行为的认识和控制是以空气为灭弧和绝缘介质的中低压、交直流电气设备中最核心的共性问题。本项目拟综合考虑多种因素的作用，来研究多组分、强电流空气开关电弧的关键行为。首先从多组分混合、多物理场耦合的角度，特别考虑电弧与电极、栅片等相互作用下组分的扩散、能量的交换、辐射的特性，建立强电流电弧磁流体动力学模型，重点分析掌握不同条件时电弧等离子体的关键行为特征及其临界控制参数；同时研制基于MEMS霍尔磁传感器阵列的电弧形态诊断系统和高精度的剩余小电流测试装置，结合光谱、CCD等，针对可拆式模型灭弧室开展强电流实验，并同理论分析相互校核，深入揭示电弧背后击穿及重燃、电弧被栅片分割等现象的作用机理，全面掌握电弧的演变规律；在此基础上提出新型灭弧系统的优化设计原理和方法。研究可完善、丰富和发展空气电弧理论，并为实现空气开断技术上的突破、以及相关新型高性能设备研发提供科学的理论基础。

本项目主要取得了以下主要结果：(a) 建立了考虑烧蚀/沉积双向过程的电弧与产气材料相互作用数学模型，分析了不同材料的烧蚀特性以及电流对烧蚀过程的影响；(b) 提出了考虑非线性铁磁栅片影响的电弧磁流体动力学建模方法，分析了出气口形态、引弧板结构、栅片等对电弧特性的影响；(c) 研制了可拆式模型断路器，实验获得了出口气大小、灭弧室分割条件对弧后重燃和背后击穿的影响规律，提出了一种带永久磁铁的交直流通用的新型电磁脱扣器，以提高断路器的限流性能。. 通过研究，掌握了多组分、强电流电弧的物理特性及其控制技术，提出了器壁侵蚀与结构相复合的空气开关电弧灭弧技术，并在产品设计中得到了应用，有效提高了开断容量。推动空气电弧理论的发展，为新型空气开关的研发提供科学的依据和基础。. 在该基金的资助下，已毕业1名博士生，在读博士生2名；已毕硕士生5名。在《Journal of Applied Physics》、《IEEE Transactions on Plasma Science》、《IEICE Transactions on Electronics》等国际知名期刊上已发表被SCI收录论文8篇，在国际会议上做大会特邀报告1次，系统介绍了在研项目的研究成果；申请国家发明专利3项；获教育部自然科学一等奖和陕西省技术发明一等奖各1项，获国家科技进步二等奖1项。