真空BC开关触头材料的电弧侵蚀研究

• 作 者: 孙财新
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 真空开关 电接触材料 电弧侵蚀 形貌特征

电触头是真空开关的关键部件之一，其性能对真空开关的可靠性有很大影响。在闭合和断开过程中电触头会产生电弧的放电现象，引起触头侵蚀，而电弧对触头的侵蚀是导致真空开关工作异常的最主要原因。现在，对于电弧侵蚀的复杂性以及理论方面的研究都还存在着不同程度的不足，导致了主要依靠试验来对触头材料进行筛选。鉴于不同的真空开关，其应用环境与机械性能都存在着不同，因此产生对触头材料的不同要求，因此需要根据实际要求来研究各种相对比较适用的触头材料，并根据这些触头材料的抗电弧侵蚀性能及其影响因素来指导选择适合的触头材料。　　
本文通过引用前人的推导结果，给出了在电弧能量作用下的触头熔池温度场分布计算方法与公式。结合合金材料的物性参数，应用Ansys分析软件仿真了CuCr50的电弧侵蚀后的触头温度分布。根据结果得知，在设计触头材料的电弧侵蚀性能实验时要充分考虑实验特性和单次分合的时间的配合。　　
根据仿真结果设计了触头材料的电弧侵蚀性能实验，根据各种现用真空接触器和真空断路器的触头材料特性选择了电弧法制备的CuCr45与熔渗法制备的CuCr50作为实验材料。对这两种电接触材料分别进行DC50V，20、30、40、50A的电接触试验，并通过扫描电镜观察材料在电弧侵蚀后的形貌，对这两种材料在直流、阻性负载条件下的电弧侵蚀特征进行对比研究。结果表明，CuCr45与CurCr50在DC50V，20、30、40、50A条件下，材料都由阳极向阴极转移；之后归纳出电弧侵蚀后两种材料的表面形貌特征；最后分析了两种材料的燃弧能量与熔焊力。　　
此外，本文最后还对触头表面的微观侵蚀形貌类型做了深入的研究，并详细分析了这几种微观侵蚀形貌类型的形成机理以及对表面形貌特征的影响。