開斷速度對電磁斥力高速開斷器介質(zhì)恢復(fù)特性的影響

袁志方，莊勁武，陳 倩，江壯賢，陳 搏

（1.海軍工程大學(xué) 電氣工程學(xué)院，湖北 武漢 430033；2.海軍駐大連426廠軍事代表室，遼寧 大連 116005）

0 引言

電磁斥力高速開斷器是一種適用于混合型限流熔斷器的線路開斷裝置[1-3]，主要功能是實(shí)現(xiàn)線路由通流狀態(tài)向燃弧狀態(tài)的快速轉(zhuǎn)換。它的基本工作原理是在斥力線圈中通以脈沖電流，在斥力盤中感應(yīng)出渦流；在2種電流的相互作用下，產(chǎn)生電磁斥力，進(jìn)而推動(dòng)斥力盤撞擊開斷器動(dòng)子，實(shí)現(xiàn)通流金屬橋體的快速開斷[4]。 與爆炸輔助開斷器[5-7]相比，電磁斥力高速開斷器最大的優(yōu)勢在于避免了炸藥的存在導(dǎo)致的對于溫升的苛刻限制，同時(shí)具有安全性更好、經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[8-10]。

介質(zhì)恢復(fù)特性是電磁斥力高速開斷器的關(guān)鍵性能指標(biāo)之一，良好的介質(zhì)恢復(fù)特性是成功分?jǐn)喙收隙搪冯娏鞯幕颈Ｕ稀＝橘|(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度不足將使得開斷器無法承受滅弧熔斷器起弧后產(chǎn)生的過電壓，進(jìn)而導(dǎo)致分?jǐn)嗍11-14]。由于介質(zhì)恢復(fù)特性的重要性，國內(nèi)外許多學(xué)者針對開斷器介質(zhì)恢復(fù)特性開展了大量的研究工作，這些工作的熱點(diǎn)主要集中在空氣環(huán)境、真空環(huán)境以及SF6下開關(guān)電弧介質(zhì)恢復(fù)特性的研究。

空氣環(huán)境中的介質(zhì)恢復(fù)特性研究熱點(diǎn)主要集中在對于電弧、氣流以及電磁場三者之間相互作用的討論上，耦合計(jì)算電弧流場與電磁場，研究剩余弧柱等離子體衰減過程中的電場畸變與熱場變化。在滿足工程誤差允許的前提下，該類研究通常建立在電弧軸對稱以及局部熱力學(xué)平衡的前提假設(shè)之下，而在更為復(fù)雜的工程背景下，也有關(guān)于引入紊流效應(yīng)的介質(zhì)恢復(fù)特性的研究[15-17]。

真空環(huán)境中的介質(zhì)恢復(fù)特性研究熱點(diǎn)主要集中在恢復(fù)電壓峰值與介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度上升速度的討論上，研究對象主要是雙斷口及多斷口的動(dòng)態(tài)介質(zhì)恢復(fù)過程，重點(diǎn)考察弧后電荷鞘層的發(fā)展規(guī)律，主要解決的工程難題是多斷口恢復(fù)電壓分布不均勻的問題，現(xiàn)階段已完成針對雙斷口及多斷口真空開關(guān)的靜態(tài)擊穿統(tǒng)計(jì)分布模型和弧后重?fù)舸┙y(tǒng)計(jì)分布模型[18-20]的建立。

SF6環(huán)境中的介質(zhì)恢復(fù)特性研究熱點(diǎn)主要集中在對于氣體流動(dòng)的討論上，湍流發(fā)展越充分，越有利于介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)。由于噴口的機(jī)械形狀結(jié)構(gòu)對于湍流的形成以及發(fā)展有著直接的影響，因此對于SF6環(huán)境中介質(zhì)恢復(fù)特性的數(shù)值模擬的工程落腳點(diǎn)都在于如何優(yōu)化噴口的設(shè)計(jì)，計(jì)算方法耦合了氣流場、電磁場以及動(dòng)力場，不僅關(guān)注開關(guān)觸頭分閘運(yùn)動(dòng)特性對于介質(zhì)恢復(fù)特性的影響，而且重點(diǎn)分析了氣流密度、氣流壓力等參數(shù)對于介質(zhì)恢復(fù)特性的規(guī)律性影響[21-22]。

上述對于不同環(huán)境下的開關(guān)電弧介質(zhì)恢復(fù)的研究極大地提高了開關(guān)承受弧后介質(zhì)恢復(fù)能力，進(jìn)而使得開關(guān)的極限分?jǐn)嗄芰Φ玫搅藰O大的提升[23]。目前，就開斷速度對于開關(guān)電弧介質(zhì)恢復(fù)特性影響的研究還未見報(bào)道，關(guān)于開斷速度對于開關(guān)特性影響的研究主要還集中在如何更好地實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)工程一致性的討論上[4]。

為了優(yōu)化電磁斥力高速開斷器的介質(zhì)恢復(fù)特性，本文在建立的電磁斥力高速開斷器斥力仿真模型的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了外部驅(qū)動(dòng)電路的電氣參數(shù)，獲取了可以將開斷速度提升至37.2 m／s的參數(shù)方案，達(dá)到了與爆炸輔助開斷相當(dāng)?shù)乃俣人絒6]。設(shè)計(jì)了包含電流回路、強(qiáng)迫換流回路以及高壓回路的強(qiáng)迫換流型介質(zhì)恢復(fù)試驗(yàn)電路，完成了2種不同開斷速度條件下的介質(zhì)恢復(fù)性能對比試驗(yàn)，試驗(yàn)示波圖和高速攝像照片不僅說明了電磁斥力高速開斷器斥力仿真模型的正確性，同時(shí)也佐證了提升開斷速度對于優(yōu)化電磁斥力高速開斷器介質(zhì)恢復(fù)特性的有效性。通過高速攝像得到的開斷器運(yùn)動(dòng)軌跡測量結(jié)果以及試驗(yàn)獲取的開斷速度對于介質(zhì)恢復(fù)特性的影響規(guī)律，可用于指導(dǎo)電磁斥力高速開斷器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 電磁斥力高速開斷器電磁斥力數(shù)學(xué)模型

1.1 電磁斥力高速開斷器工作原理

電磁斥力高速開斷器剖面如圖1所示。在斥力回路晶閘管接收到觸發(fā)導(dǎo)通信號(hào)后，斥力線圈中流過脈沖電流在斥力盤中感應(yīng)出方向相反的渦流，2種電流的相互作用將產(chǎn)生幅值巨大電磁斥力。經(jīng)過固有機(jī)械延時(shí)之后，斥力盤推動(dòng)活塞，在斥力的作用下迅速向上撞擊，撞斷橋體中間的柱體，推動(dòng)其進(jìn)入上部空腔，實(shí)現(xiàn)通流金屬橋體的快速開斷[1]。

1.2 電磁斥力高速開斷器電磁斥力計(jì)算數(shù)學(xué)模型

文獻(xiàn)[25]詳細(xì)分析了某電磁斥力機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型：斥力機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)，根據(jù)能量守恒定律，電源提供的能量dAs應(yīng)等于機(jī)構(gòu)所做的功dA、磁場中能量的變化dw和熱損耗dQ之和，即：

如果斥力線圈與斥力金屬盤之間有磁耦合，可以寫出它們的能量平衡關(guān)系式為：

其中，e1和 e2、i1和 i2、R1和 R2分別為斥力線圈和斥力金屬盤的電壓、電流和電阻。

斥力線圈與斥力金屬盤總的磁能w決定于式（3）：

其中，L1為斥力線圈的電感；L2為斥力金屬盤的電感；M為斥力線圈和斥力金屬盤之間的互感。

聯(lián)立式（1）—（3）可得該電磁斥力機(jī)構(gòu)所做的功為：

由于L1、L2都為常數(shù)，則該電磁斥力機(jī)構(gòu)的電磁斥力的大小為：

由式（5）知電磁斥力與斥力線圈中的放電電流和斥力盤感應(yīng)電流的乘積成正比，與斥力線圈回路等值電感對位移z的導(dǎo)數(shù)成正比。電磁斥力垂直斥力盤向上。電磁斥力高速開斷器斥力機(jī)構(gòu)的斥力計(jì)算涉及到外部驅(qū)動(dòng)電路脈沖電流、斥力盤感應(yīng)渦流以及斥力線圈回路等值電感對位移的時(shí)變導(dǎo)數(shù)，是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程[25]。

1.3 外部驅(qū)動(dòng)電路對開斷速度的影響

電磁斥力高速開斷器斥力機(jī)構(gòu)如圖2所示，圖中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度。文獻(xiàn)[4]對電磁斥力機(jī)構(gòu)的機(jī)械部件組成、受力分析以及動(dòng)作特性均進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。斥力線圈由通流截面積相同、半徑不同的同軸圓環(huán)線圈串聯(lián)而成，脈沖電流由斥力線圈外接線路中的電容放電產(chǎn)生；為了延長力的作用時(shí)間，斥力線圈兩端并聯(lián)一個(gè)二極管，構(gòu)成續(xù)流回路[4]。

圖2 斥力機(jī)構(gòu)的工作示意圖Fig.2 Schematic diagram of repulsion agency

本文基于大型商用軟件ansoft，建立了電磁斥力高速開斷器斥力仿真模型。通過對比由仿真模型計(jì)算得到的與試驗(yàn)實(shí)測的斥力電流波形，對仿真模型進(jìn)行校準(zhǔn)。

在驅(qū)動(dòng)電容為300 μF和600 μF（驅(qū)動(dòng)電容的預(yù)充電壓均為1500 V）時(shí)，分別由仿真模型計(jì)算得到和試驗(yàn)實(shí)測得到一組斥力電流 isrp，300、itrp，300和 isrp，600、itrp，600，如圖3所示。表1為2組電流具體參數(shù)的對比，由表1可見：仿真模型與試驗(yàn)實(shí)測得到的斥力電流峰值間誤差em最大為2.0%，對應(yīng)的續(xù)流電流最小值的誤差efw最大為8.6%。誤差滿足工程需求，說明了電磁斥力高速開斷器斥力仿真模型的正確性。

圖4、5分別對應(yīng)外部驅(qū)動(dòng)電容C=300 μF與C=600 μF（預(yù)充電壓均為1500 V）時(shí)，通過已校準(zhǔn)的仿真模型獲取的斥力盤受力F、斥力電流irp與開斷速度v。從圖4中可知，在300 μF的外部驅(qū)動(dòng)電容預(yù)充電壓1500 V的條件下，斥力電流在45 μs時(shí)達(dá)到峰值6200 A，此時(shí)斥力盤受力38 kN，這個(gè)過程中開斷速度一直在增加，達(dá)到了21.6 m／s。從圖5中可知，在600 μF的外部驅(qū)動(dòng)電容預(yù)充電壓1500 V的條件下，斥力電流在63 μs時(shí)達(dá)到峰值8400 A，此時(shí)斥力盤受力58 kN，這個(gè)過程中開斷速度一直在增加，達(dá)到了37.2 m／s。

圖3 斥力電流的仿真和實(shí)測結(jié)果對比Fig.3 Comparison of repulsion current waveform between simulation and experiment

表1 不同驅(qū)動(dòng)電容條件下仿真與試驗(yàn)斥力電流對比Table 1 Comparison of repulsion current between simulation and experiment for different drive capacitors

圖4 驅(qū)動(dòng)電容為300 μF時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電氣參數(shù)Fig.4 Electrical parameters of drive circuit with 300 μF drive capacitor

圖5 驅(qū)動(dòng)電容為600 μF時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電氣參數(shù)Fig.5 Electrical parameters of drive circuit with 600 μF drive capacitor

圖6是在預(yù)充電壓均為1500 V的前提下，隨著電容容量的增加，開斷速度峰值的變化曲線。

圖6 開斷速度峰值與驅(qū)動(dòng)電容容量的關(guān)系曲線Fig.6 Relation between peak value of breaking speed and drive capacitor capacity

從圖6中可以觀察到，隨著驅(qū)動(dòng)電容容量的增加，開斷速度峰值也隨之線性增大。在驅(qū)動(dòng)電容容量為100 μF時(shí)，對應(yīng)的開斷速度峰值為6.9 m／s；在電容容量增大至600 μF時(shí)，開斷速度峰值增大至37.2 m／s。

本文旨在分析爆炸分?jǐn)嗨俣萚6]幅值之內(nèi)的開斷速度對于電磁斥力高速開斷器介質(zhì)恢復(fù)特性的影響，因此沒有進(jìn)行更大電容容量的論述。此外，電容容量的增加會(huì)帶來剛分時(shí)間增長的不利影響，這也是不再考慮進(jìn)行更大電容容量研究的另一個(gè)原因[4]。

2 強(qiáng)迫換流型介質(zhì)恢復(fù)試驗(yàn)系統(tǒng)

高速開斷器對于試驗(yàn)系統(tǒng)有3個(gè)特殊要求：為試品制造人工電流零點(diǎn)，且在所要求的介質(zhì)恢復(fù)時(shí)間內(nèi)一直維持該電流零點(diǎn)；電壓源需要模擬滅弧熔斷器的弧壓；介質(zhì)恢復(fù)開始后，經(jīng)過指定的延時(shí)后再投入電壓源[26]。本文建立滿足上述3點(diǎn)要求的電磁斥力高速開斷器強(qiáng)迫換流型介質(zhì)恢復(fù)試驗(yàn)系統(tǒng)如圖7所示。試驗(yàn)系統(tǒng)主要由電流回路、強(qiáng)迫關(guān)斷回路、高電壓回路及電磁斥力高速開斷器（含斥力驅(qū)動(dòng)回路）組成。各回路具體電氣參數(shù)如下：電流回路電容C1為8 mF，預(yù)充電壓U1為500 V，回路電感L1為15 μH；強(qiáng)迫關(guān)斷回路電容C2為8 mF，預(yù)充電壓U2為350V，電感L2為3μH，電感L3為2μH。斥力電容C0為600 μF，預(yù)充電壓U0為1 500 V；試品并聯(lián)電容C4容量3 nF；高壓回路電容C3容量10 μF，預(yù)充電壓U3為1300 V；電阻R（10 Ω）的作用是限制高壓回路的最大擊穿電流。強(qiáng)迫關(guān)斷回路中二極管VD5的作用是防止高電壓回路的高電壓對低壓側(cè)的電流回路和強(qiáng)迫關(guān)斷回路中器件造成擊穿損壞。

圖7 強(qiáng)迫換流型介質(zhì)恢復(fù)試驗(yàn)電路Fig.7 Forced commutation dielectric recovery circuit

試驗(yàn)中晶閘管的觸發(fā)是由時(shí)序觸發(fā)集中控制系統(tǒng)完成的，時(shí)序控制策略如下。

a.在介質(zhì)恢復(fù)試驗(yàn)系統(tǒng)的零時(shí)刻，時(shí)序觸發(fā)集中控制系統(tǒng)將觸發(fā)信號(hào)1發(fā)送至電流回路的晶閘管VF1，在晶閘管VF1導(dǎo)通后，電容C1通過電感L1和電磁斥力高速開斷器放電。

b.經(jīng)過指定的延時(shí)后，時(shí)序觸發(fā)集中控制系統(tǒng)將觸發(fā)信號(hào)2發(fā)送至斥力驅(qū)動(dòng)回路的晶閘管VF0，在電磁斥力高速開斷器的固有機(jī)械延時(shí)結(jié)束后，開斷器開始分?jǐn)鄤?dòng)作，電弧產(chǎn)生。在強(qiáng)迫關(guān)斷回路作用前，電流會(huì)繼續(xù)保持上升的趨勢。

c.再經(jīng)過指定的延時(shí)后，時(shí)序觸發(fā)集中控制系統(tǒng)將觸發(fā)信號(hào)3發(fā)送至強(qiáng)迫關(guān)斷回路晶閘管VF2，在晶閘管VF2導(dǎo)通后，流經(jīng)電磁斥力高速開斷器的電流開始下降。流經(jīng)電磁斥力高速開斷器的電流降為0后，電流轉(zhuǎn)移至VD3-L3支路，開始續(xù)流，此時(shí)，電磁斥力開斷器開始進(jìn)入介質(zhì)恢復(fù)階段。

d.再經(jīng)過指定的延時(shí)后，時(shí)序觸發(fā)集中控制系統(tǒng)將觸發(fā)信號(hào)4發(fā)送至高電壓回路晶閘管VF3，電容C3上的預(yù)充電壓通過電阻R加載在電磁斥力高速開斷器的斷口兩端，測試電磁斥力開斷器的介質(zhì)恢復(fù)狀態(tài)。

3 不同開斷速度下的介質(zhì)恢復(fù)特性分析

3.1 21.6 m／s的開斷速度下介質(zhì)恢復(fù)性能分析

在第1.2節(jié)中已闡述了不同外部驅(qū)動(dòng)電路電氣參數(shù)對應(yīng)的開斷速度。本文在驅(qū)動(dòng)電容容量300 μF、預(yù)充電壓1500 V的基礎(chǔ)上，利用第2節(jié)所述試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了電磁斥力高速開斷器的強(qiáng)迫換流型介質(zhì)恢復(fù)試驗(yàn)。圖8反映了21.6 m／s開斷速度對應(yīng)的介質(zhì)恢復(fù)結(jié)果。

圖8 21.6 m／s開斷速度下的試驗(yàn)波形Fig.8 Experimental waveforms at 21.6 m／s breaking speed

由圖8可見：t=0 ms時(shí)刻主回路導(dǎo)通，電流im開始上升。t=0.41 ms時(shí)刻斥力驅(qū)動(dòng)回路導(dǎo)通，經(jīng)過100 μs的固有機(jī)械延時(shí)后，在t=0.51 ms時(shí)刻電磁斥力高速開斷器開始分?jǐn)喙ぷ?，建?8 V的電弧電壓u1；與此同時(shí)，強(qiáng)迫換流回路晶閘管導(dǎo)通，流經(jīng)電磁斥力高速開斷器的電流ie開始下降，在110 μs的時(shí)間內(nèi)將峰值為8400 A的電流換流完畢；在t=0.62 ms時(shí)刻，電磁斥力高速開斷器進(jìn)入介質(zhì)恢復(fù)階段，介質(zhì)恢復(fù)持續(xù)了 170 μs；在t=0.79 ms時(shí)刻，高電壓回路晶閘管導(dǎo)通，高電壓加載在電磁斥力高速開斷器兩端。由電壓波形u2可見，高電壓回路預(yù)充的1300 V沒有完全加載在試品兩端。試品在兩端起始階段僅承受了100 V的電壓，隨著時(shí)間的推移，承受的最大的電壓幅值也僅為400 V，這說明了電磁斥力高速開斷器沒有徹底完成介質(zhì)恢復(fù)，而是處于介質(zhì)恢復(fù)的臨界狀態(tài)。

采用Photron型號(hào)FASTCAM SA4高速攝像機(jī)進(jìn)行了高速攝像，捕獲電磁斥力高速開斷器的運(yùn)動(dòng)軌跡。攝像機(jī)參數(shù)設(shè)置為：攝像速度100 000 fps（每秒傳輸 100000 幀），快門速度 1／177000 s，分辨率192×128。通過高速攝像得到的開斷器運(yùn)動(dòng)軌跡測量結(jié)果如圖9所示。

圖9 21.6 m／s開斷速度下介質(zhì)恢復(fù)過程的高速攝像結(jié)果Fig.9 High-speed photography of dielectric recovery process at 21.6 m／s breaking speed

圖9（a）中，前一幀照片為開斷器動(dòng)作之前的內(nèi)部照片。高壓加載時(shí)刻的開斷器有效開距為5.6 mm，完成該行程耗時(shí)280 μs，對應(yīng)分?jǐn)嗨俣葹?0.0 m／s，與理論分析得到的的分?jǐn)嗨俣?1.6 m／s對比，誤差為7.4%，在工程允許誤差范圍之內(nèi)。這個(gè)結(jié)果佐證了第1.2節(jié)的理論分析結(jié)果，說明了電磁斥力高速開斷器斥力仿真模型的有效性。

t=0.51 ms時(shí)刻，電磁斥力高速開斷器被頂斷，產(chǎn)生電弧，此后一幀（間隔10 μs）捕捉到的圖像中，可以觀察到明顯的燃弧現(xiàn)象。t=0.62 ms時(shí)刻換流結(jié)束。t=0.79 ms時(shí)高壓加載至電磁斥力高速開斷器斷口兩端，從圖像中可以觀察到明顯的電弧，這說明了1300 V預(yù)充電壓沒有能夠完全加載在試品兩端的原因：由于介質(zhì)恢復(fù)沒有徹底完成，在加載高電壓時(shí)刻依然存在高溫等離子體，試品無法承受較大幅值的恢復(fù)電壓。

3.2 37.2 m／s的開斷速度下介質(zhì)恢復(fù)性能分析

在第1.2節(jié)中已闡述了不同外部驅(qū)動(dòng)電路電氣參數(shù)對應(yīng)的開斷速度。本文在驅(qū)動(dòng)電容容量600 μF、預(yù)充電壓1500 V的條件下，利用第3節(jié)所述試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了電磁斥力高速開斷器的強(qiáng)迫換流型介質(zhì)恢復(fù)試驗(yàn)。圖10反映了37.2 m／s的開斷速度對應(yīng)的介質(zhì)恢復(fù)結(jié)果。

圖10 37.2 m／s開斷速度下的試驗(yàn)波形Fig.10 Experiment waveforms at 37.2 m／s breaking speed

由圖10可見：t=0 ms時(shí)刻主回路導(dǎo)通，電流im開始上升。t=0.41 ms時(shí)刻斥力驅(qū)動(dòng)回路導(dǎo)通，經(jīng)過90 μs的固有機(jī)械延時(shí)后，在t=0.50 ms時(shí)刻電磁斥力高速開斷器開始分?jǐn)喙ぷ?，建?1 V的電弧電壓u1；與此同時(shí)，強(qiáng)迫換流回路晶閘管導(dǎo)通，流經(jīng)電磁斥力高速開斷器的電流ie開始下降，在110 μs的時(shí)間內(nèi)將峰值為8400 A的電流換流完畢；在t=0.61 ms時(shí)刻，電磁斥力高速開斷器進(jìn)入介質(zhì)恢復(fù)階段，介質(zhì)恢復(fù)持續(xù)了170 μs；在t=0.78 ms時(shí)刻，高電壓回路晶閘管導(dǎo)通，高電壓加載在電磁斥力高速開斷器兩端。由電壓波形u2可見，高電壓回路的1 300 V預(yù)充電壓完全加載到了試品兩端，這說明電磁斥力高速開斷器徹底完成了介質(zhì)恢復(fù)。

通過高速攝像（攝像機(jī)參數(shù)同第3.1節(jié)）捕獲電磁斥力高速開斷器運(yùn)動(dòng)軌跡如圖11所示。圖11（a）的前一幀圖片為開斷器動(dòng)作之前的內(nèi)部照片。高壓加載時(shí)刻的開斷器有效開距為10.4 mm，完成該行程耗時(shí) 280 μs，對應(yīng)分?jǐn)嗨俣葹?37.2 m／s，達(dá)到了與爆炸輔助開斷速度相當(dāng)?shù)乃?，與理論分析的分?jǐn)嗨俣?7.2 m／s間的誤差為0.5%，在工程允許誤差范圍之內(nèi)。這個(gè)結(jié)果佐證了第1.2節(jié)的理論分析結(jié)果，說明了電磁斥力高速開斷器斥力仿真模型的有效性。

圖11 37.2 m／s開斷速度下介質(zhì)恢復(fù)過程的高速攝像結(jié)果Fig.11 High-speed photography of dielectric recovery process at 37.2 m／s breaking speed

t=0.50 ms時(shí)刻，電磁斥力高速開斷器被頂斷，產(chǎn)生電弧，此后一幀（間隔10 μs）捕捉到的圖像中，可以觀察到明顯的燃弧現(xiàn)象。t=0.61 ms時(shí)刻換流結(jié)束。t=0.78 ms時(shí)高壓加載至電磁斥力高速開斷器斷口兩端，從圖像中觀察不到電弧，這說明了1300 V預(yù)充電壓能夠完全加載在試品兩端的原因：由于介質(zhì)恢復(fù)徹底完成，在加載高電壓時(shí)刻，高溫等離子體已經(jīng)完成冷卻，可以承受較大幅值的恢復(fù)電壓。

4 結(jié)論

本文在建立的電磁斥力高速開斷器斥力仿真模型的基礎(chǔ)上，分析了不同驅(qū)動(dòng)電容容量參數(shù)與開斷速度峰值之間的關(guān)系曲線，設(shè)計(jì)了包含電流回路、強(qiáng)迫換流回路以及高壓回路的強(qiáng)迫換流型介質(zhì)恢復(fù)試驗(yàn)電路，完成了2種不同開斷速度條件下的介質(zhì)恢復(fù)性能對比試驗(yàn)，主要結(jié)論如下。

a.隨著驅(qū)動(dòng)電容容量的增加，斥力盤速度峰值也隨著線性增大。在驅(qū)動(dòng)電容容量為100 μF時(shí)，對應(yīng)的開斷速度峰值為6.9 m／s；在電容容量增大至600 μF時(shí)，開斷速度峰值增大至37.2 m／s，這個(gè)速度達(dá)到了與爆炸輔助開斷速度相當(dāng)?shù)乃健?/p>

b.采用電磁斥力高速開斷器強(qiáng)迫換流型介質(zhì)恢復(fù)試驗(yàn)系統(tǒng)，在換流電流峰值8400 A、介質(zhì)恢復(fù)時(shí)間170 μs、加載高電壓1300 V的電氣參數(shù)條件下，對比不同開斷速度的介質(zhì)恢復(fù)試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果顯示開斷速度為37.2 m／s的介質(zhì)恢復(fù)性能要優(yōu)于開斷速度為21.6 m／s的介質(zhì)恢復(fù)性能。

試驗(yàn)示波圖和高速攝像不僅僅說明了電磁斥力高速開斷器斥力仿真模型的正確性，同時(shí)也佐證了提升開斷速度對于優(yōu)化電磁斥力高速開斷器介質(zhì)恢復(fù)特性的有效性。

通過高速攝像得到的開斷器運(yùn)動(dòng)軌跡測量結(jié)果以及試驗(yàn)獲取的開斷速度對于介質(zhì)恢復(fù)特性的影響規(guī)律，可用于指導(dǎo)電磁斥力高速開斷器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。