3.2 阳极模式图的实验观察与研究

3.2.1 实验概述

由于以往的阳极放电模式分布图都是在固定开距或是相同分闸速度下得到的，因此分闸速度对阳极放电模式分布图的影响还不明确。本实验的目的是通过实验对比不同分闸速度下得到灭弧室的阳极放电模式分布图，并研究分闸速度对阳极放电模式分布图的影响。研究中还对不同触头材料，不同触头直径灭弧室的阳极模式进行了观察，从而以得到的阳极放电模式分布图为基础，找到一条尽量避开对开断不利的阳极放电模式的分闸特性曲线，从而实现提高灭弧室开断能力的功能。

为了比较不同触头材料的影响，实验分别使用了纳晶CuCr25，微晶CuCr25两种触头材料。两种材料的显微组织照片如图3-4所示。触头采用平板型结构，直径分别为12mm和25mm，厚度为4mm。

图3-4 纳晶CuCr25与微晶CuCr25合金显微组织比较

a）纳晶 b）微晶

实验回路如图3-5所示，电流由合成回路提供，试品灭弧室由一台永磁操作机构驱动。该机构能够调节分闸的时序以及分闸速度。实验采用拉弧方式产生电弧，即在电流的某一相位打开触头产生电弧。这种方法是最接近于实际开断过程中电流的情况。使用永磁操动机构可以很好地控制试品开关在拟定的相位进行分闸，调节精度可以达到0.1ms，范围大于20ms，这样可以通过该永磁机构得到试品开关不同燃弧时间下的阳极放电模式。另外，该永磁机构还可以通过调节分闸弹簧以及触头弹簧的预压力来调节分闸速度。我们拟定从试品触头刚分后10ms内的平均分闸速度为分闸速度，调节范围为1.1～2.0m/s。

图3-5 实验线路示意图

图3-6是实验获得的典型的电弧电压与电流的曲线。该图中燃弧时间为9.4ms，电弧电流峰值为1.5kA，电弧电压稳定在20V左右。

图3-6 典型的电弧电压与电流曲线

本实验采用PhantomV10高速摄影机（CCD）直接观察真空电弧阳极模式。相机拍摄速度为10000幅/s。相机镜头光圈值为4，曝光时间为2μs，并且实验过程中维持不变。通过对高速摄影结果分析，还可以获得电流幅值、燃弧时间、触头开距变化之间的关系，图3-7所示为典型的结果。

图3-7 电流幅值、燃弧时间、触头开距之间的关系实验结果