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《华北电力大学(河北)》 2009年
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低压电器开关电弧运动机理及仿真研究

王震洲  
【摘要】:低压电器电弧运动过程三维成像理论及运动机理研究在国内外取得了一定的进展,但作为一种新型电弧研究方法,特别是对电弧运动可视化方面的研究尚处于起步阶段,其技术涉及到电器学、数值计算、图像处理、计算机科学等众多学科领域,加之电弧复杂的非线性特性及其瞬时特性,导致测量研究的困难,在电弧机理、性能分析和模型设计等方面都还不够成熟、完善。所以,在电弧模型理论研究、电器电磁机构的三维有限元分析、电器的计算机辅助设计、电弧动态特性研究等方面,存在大量的工作要做。对这些问题的深入研究,可以更好地认识电器触头在整个运动过程中极其复杂的电、热、磁、机械等一系列现象。为了从不同角度观察分析电弧在灭弧室中的动态运动过程,本文在研究开关电器电弧图像增强及运动过程三维可视化的基础上,分析电弧形成机理、电弧特性和运动形态的基本理论,进一步考虑其模型特性和电弧等离子体磁压缩效应,建立其运动数学模型。电弧图像需要的处理主要有:图像数字化、图像平滑、图像分割、图像边缘检测、图像增强。本文提出一种基于小波变换的图像增强和直方图的图像增强算法,在保留电弧弧柱强特征的同时,突出显示电器动触头图像特征使增强后的电弧图像适合人类的视觉特征,为电弧动态过程分析和电弧可视化模型的构建提供有效的分析基础,并取得良好的电弧图像增强效果。本文构造了基于比色测温原理的电弧辐射拾取、图像采集、同步控制、数据处理等硬件装置,对试验采集装置进行了标定;将医学上成功应用的计算机层析成像理论,应用于对电弧进行三维温度场重建的研究,构造可单面阵CCD采集三组六路投影辐射强度的实验装置,通过对触头边缘检测的手段精确定位于不同光路中电弧的位置,对辐射拾取光路进行校准,编制了系统软件,实现电弧三维温度场的重建。研究数学模拟计算方法,提出了适合低压电器电弧数学模型计算的方法。用计算机求解获得以前依靠实验才能获得的开断波形及运动过程,将理论分析、试验研究和计算机仿真有机结合起来,使产品设计更加科学和准确,可以大大减少设计周期,减少试验的盲目性和费用,有利于提高电器产品的技术性能,对于新产品开发,优化灭弧室设计及模拟实验,具有十分重要的意义。
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