[发明专利]多极式横向永磁体结构直流开断真空灭弧室及应用

说明书

多极式横向永磁体结构直流开断真空灭弧室及应用，灭弧室的触头结构为杯状横向磁场触头结构，在杯状横向磁场结构触头的杯座内，放置有导磁铁芯结构；通过真空灭弧室外部的永磁体组合结构和触头杯座内部的导磁铁芯结构的配合，在触头开距内形成多个方向的横向磁场；当真空电弧触头打开，电弧开始燃烧，在触头结构产生的沿触头切线方向的横向磁场的作用下，真空电弧沿着环形的触头片开始快速运动；在真空电弧沿环形触头片快速旋转运动的过程中，真空电弧的弧柱将会经过永磁体组合结构和触头杯座内部的导磁铁芯结构的配合产生的多极横向磁场；电弧弧柱旋转一圈，经过并切割的横向磁场的个数与永磁体组中的个数相同；本发明具有高电弧电压的真空灭弧室结构，可用于需要高电弧电压的直流电路开断领域。

技术领域

本发明属于真空断路器和真空直流开断技术领域，具体涉及一种多极式横向永磁体结构直流开断真空灭弧室及应用。

背景技术

真空断路器经过快速的发展，目前已经广泛应用于交流的输配电领域。伴随着国内外电动汽车、太阳能发电等直流电领域的迅猛发展，以及真空电弧理论及其应用的深入，真空断路器优异的开断性能如何应用于直流开断成为了一个巨大的挑战，并形成了巨大的需求。

传统的真空断路器在交流电流系统的应用中，其真空电弧控制技术主要有两种类型：横向磁场控制技术(TMF)和纵向磁场控制技术 (AMF)。其中，横向磁场控制技术是通过特定的触头结构，使得电流流过该触头时在触头间隙中感应出垂直于电弧电流流向的横向磁场，使电弧在触头表面受力作高速旋转运动，避免电弧对触头表面的烧蚀过于集中，使触头的烧蚀更均匀，从而提高开关的开断能力。纵向磁场控制技术是通过特定的触头结构，使得电流流过该触头时在触头间隙中感应出平行于电弧电流流向的纵向磁场，纵向磁场可抑制大电流情况下电弧在阴极阳极表面的集聚，减轻电弧对于触头表面的烧蚀，同样提高了开关的开断能力。

研究表明，当在真空电弧燃弧过程中，在垂直电弧电流流向的横向施加高频的横向磁场时，其真空电弧的电压会有大幅的提升。目前，传统的纵向磁场触头作用下真空电弧电压范围为20-60V，而横向磁场触头作用下真空电弧电压的范围为50-100V。与气体电弧，特别是氢气电弧等相比，其电真空弧的电压较小。而在直流电流以及特殊的场合，需要电弧具有较高的电弧电压，以便顺利完成电流的开断。那么，传统触头结构的真空灭弧室及其真空电弧的电压特性不能满足应用的要求。经过大量的理论和实验研究，在高频的横向磁场作用下，真空电弧的电弧电压可以提升40-80％，并且还有很大的提升空间。

在真空电弧施加高频的横向磁场在实验室等条件下还是比较容易实现的，但是其结构系统太过复杂。一方面需要设置产生横向磁场的亥姆霍兹线圈，另外一方面还需要提供使得亥姆霍兹线圈产生磁场的高频电流。此种方法虽然在理论上达到了设计的预期，但是过度复杂的结构设计以及供电回路制约了高频横向磁场作用下的真空电弧在工业领域的广泛应用。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提出一种多极式横向永磁体结构直流开断真空灭弧室及应用，在杯状横向磁场结构触头的基础上，通过永磁体组合结构和触头杯座内部的导磁铁芯结构的配合，解决了在真空灭弧室燃弧过程中实现高频横向磁场外设结构过于复杂的问题；本发明在理论研究和实验的基础上，提出了具有工业应用前景的高频横向磁场作用下的，具有高电弧电压的真空灭弧室结构，可用于需要高电弧电压的电路开断领域。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：