3.2 陽極模式圖的實驗觀察與研究

3.2.1 實驗概述

由于以往的陽極放電模式分布圖都是在固定開距或是相同分閘速度下得到的，因此分閘速度對陽極放電模式分布圖的影響還不明確。本實驗的目的是通過實驗對比不同分閘速度下得到滅弧室的陽極放電模式分布圖，并研究分閘速度對陽極放電模式分布圖的影響。研究中還對不同觸頭材料，不同觸頭直徑滅弧室的陽極模式進行了觀察，從而以得到的陽極放電模式分布圖為基礎，找到一條盡量避開對開斷不利的陽極放電模式的分閘特性曲線，從而實現(xiàn)提高滅弧室開斷能力的功能。

為了比較不同觸頭材料的影響，實驗分別使用了納晶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。觸頭采用平板型結構，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

實驗回路如圖3-5所示，電流由合成回路提供，試品滅弧室由一臺永磁操作機構驅(qū)動。該機構能夠調(diào)節(jié)分閘的時序以及分閘速度。實驗采用拉弧方式產(chǎn)生電弧，即在電流的某一相位打開觸頭產(chǎn)生電弧。這種方法是最接近于實際開斷過程中電流的情況。使用永磁操動機構可以很好地控制試品開關在擬定的相位進行分閘，調(diào)節(jié)精度可以達到0.1ms，范圍大于20ms，這樣可以通過該永磁機構得到試品開關不同燃弧時間下的陽極放電模式。另外，該永磁機構還可以通過調(diào)節(jié)分閘彈簧以及觸頭彈簧的預壓力來調(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 實驗線路示意圖

圖3-6是實驗獲得的典型的電弧電壓與電流的曲線。該圖中燃弧時間為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

本實驗采用PhantomV10高速攝影機（CCD）直接觀察真空電弧陽極模式。相機拍攝速度為10000幅/s。相機鏡頭光圈值為4，曝光時間為2μs，并且實驗過程中維持不變。通過對高速攝影結果分析，還可以獲得電流幅值、燃弧時間、觸頭開距變化之間的關系，圖3-7所示為典型的結果。

圖3-7 電流幅值、燃弧時間、觸頭開距之間的關系實驗結果