【摘 要】
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直流断路器作为蓄电池型脉冲电源系统的后备保护开关为国家脉冲强磁场科学中心在长脉冲磁体供电的稳定性、安全性和可靠性方面有着重要意义。由于直流电流没有自然过零点,灭
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直流断路器作为蓄电池型脉冲电源系统的后备保护开关为国家脉冲强磁场科学中心在长脉冲磁体供电的稳定性、安全性和可靠性方面有着重要意义。由于直流电流没有自然过零点,灭弧问题难以解决,尽管国内外对于直流断路器进行了大量的研究和实验,爆炸型直流断路器的研发并投入使用仍然在少数。本文提出了一种基于脉冲电磁力的新型直流断路器的关断方法,用磁体通电过程中产生的脉冲电磁力代替了现有的炸药爆炸力或者铝与水反应产生的气水爆破力驱动机械结构的变形,断裂和分离,达到切断直流电路,实现保护的效果。首先通过介绍电磁成形技术以及铝丝电爆炸开关的关断原理,提出了电磁线圈,开有薄弱环铝桶与相应支撑附件作为断路器的基本结构,并在此基础上论述了新型直流断路器关断原理,通过断路器动作过程等效电路分析以及MATLAB仿真波形,完成了触发电源系统的主要元部件选型。其次,完成了铝桶材料选型和结构设计,提出了开槽处理办法以及支撑环辅助控制策略;通过磁体骨架设计与线圈基本参数设计完成了磁体线圈的绕制工作,提出一种明槽走线加环氧树脂浇筑的方案解决了磁体出线问题;利用三维机械设计软件Solidworks完成了断路器所有零部件设计以及三维组装,通过图纸规划和实物加工,成功组建一台样机。最后通过电塑性拉伸实验研究了电流环境对于铝桶受力变形的影响,通过搭建新型直流断路器可靠性实验平台,完成了电磁线圈空载测试,退火铝桶与未退火铝桶的关断性能对比研究,最终实现了退火铝桶在480uF/10kV实验条件下成功炸断并切断主电路的实验效果,并且验证了断路器机械结构的稳定性和可靠性。
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