[發明專利]一種用于真空電弧實驗的均勻磁場產生與調控系統及方法

有效

• 申請號: 201611030112.7
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN106597267B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 史宗謙;王聰;吳冰洲;賈申利;王立軍;徐鵬飛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01R31/327
• 分類號: G01R31/327
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

本發明公開了一種用于真空電弧實驗的均勻磁場產生與調控系統及方法，包括上位機、第一導軌、第二導軌、第一移動手臂、第二移動手臂、第一永磁體、第二永磁體、用于驅動第一移動手臂在導軌上移動的第一電機、用于驅動第二移動手臂在導軌上移動的第二電機、用于驅動第一永磁體轉動的第三電機、以及用于驅動第二永磁體轉動的第四電機，該系統及方法能夠利用永磁體在陽極與陰極之間產生大小及方向可調的磁場。

技術領域

本發明涉及一種均勻磁場產生與調控的系統及方法，具體涉及一種用于真空電弧實驗的均勻磁場產生與調控系統及方法。

背景技術

近年來，隨著我國經濟發展對電力需求的急劇膨脹，電網向著高電壓、大容量的方向不斷發展，對于電力系統的安全可靠運行出了更大的挑戰。作為電力系統中最關鍵的電力設備之一，真空開關以其無污染、重量輕、體積小、于維護、使用壽命長且沒有爆炸危險等優點，在電力系統中得到了廣泛應用。目前，我國的中壓電力系統基本上都是采用真空開關來開斷電流，真空開關的正常運行對于提高電力系統的可靠性，保障工作人員的安全等方面起著決定行作用。由于真空開關在開斷電流時產生的電弧等離子體完全是由電極材料的蒸發和電離形成的，因此電極過程對電弧特性具有決定性的影響，而電極過程內部的物理機制非常復雜，經過很多年的發展，在一些方面還沒有形成統一的認識。其中陰極斑點區域作為真空電弧等離子體與陰極表面之間直接作用的區域，其物理過程非常復雜，而且其物理特性受到很多因素的影響，尤其是外部磁場的影響。因此，外部磁場作用下的真空電弧陰極斑點特性是目前的研究熱點。

磁場被廣泛用來控制真空開關中的真空電弧以提高其開斷能力，其中縱向磁場在真空開關中的應用最為廣泛。研究表明，在開斷短路電流期間，能夠有效地使大電流真空電弧保持在擴散態所需的臨界縱向磁場約為3～4mT/kA。目前利用裝有縱磁觸頭的真空開關開斷短路電流的瞬時值可以達到100kA。為了盡可能地為真空開關中的大電流真空電弧的研究提供充分的理論基礎，在目前有關磁場中的真空電弧陰極斑點特性實驗研究中外部磁場需要達到300mT左右。

線圈在真空電弧實驗中的應用非常廣泛，目前大部分的真空電弧實驗研究都是利用線圈在電極之間生成實驗所需的不同方向的均勻磁場，但縱向磁場線圈和橫向磁場線圈需要單獨供電，如果采用直流源對線圈供電，則需要兩臺額定電流很大(百安培)的直流源，這不僅大大增加了實驗成本，而且兩臺直流源的占地也比較大。同時，線圈通電時存在發熱的問題，這使得實驗中線圈的通電時間不宜過長，否者過高的溫升會使得線圈產氣，降低真空滅弧室內的真空度，影響實驗的進行。此外，在該方案中，橫向磁場線圈位于縱向磁場線圈的外圍，這種配置使得橫向磁場線圈尺寸較大，增加了在真空滅弧室內安裝兩對線圈的難度。

除了線圈，永磁體也是生成磁場的重要來源。目前，在真空電弧的實驗中，還沒有研究者利用永磁體在電極之間生成大小和方向均可調節的外部磁場。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種用于真空電弧實驗的均勻磁場產生與調控系統及方法，該系統及方法能夠利用永磁體在陽極與陰極之間產生大小及方向可調的磁場。

為達到上述目的，本發明所述的用于真空電弧實驗的均勻磁場產生與調控系統包括上位機、第一導軌、第二導軌、第一移動手臂、第二移動手臂、第一永磁體、第二永磁體、用于驅動第一移動手臂在第一導軌上移動的第一電機、用于驅動第二移動手臂在第二導軌上移動的第二電機、用于驅動第一永磁體轉動的第三電機、以及用于驅動第二永磁體轉動的第四電機，第一移動手臂的一端與第一導軌相配合，第二移動手臂的一端與第二導軌相配合，第一永磁體與第一移動手臂另一端的側面相連接，第二永磁體與第二移動手臂另一端的側面相連接，且第一永磁體正對第二永磁體，第一永磁體與第二永磁體的尺寸相同，第一永磁體與第二永磁體的磁化強度及磁化方向均相同，第一電機的控制端、第二電機的控制端、第三電機的控制端及第四電機的控制端均與上位機的輸出端相連接；

真空電弧實驗時，真空電弧實驗中的電極位于第一永磁體與第二永磁體的中間位置。