真空电弧的基本理论和应用是当前高压电器领域的前沿课题之一,是真空开关发展的关键;随着电力系统越来越高的可靠性要求及其越来越高自动化程度,电器智能化已成为发展的方向。目前一种新的智能化电器是相控开关,它是通过检测系统相位,实现在零电压下关合、在零电流下分断。短间隙真空电弧是相控真空开关的特点之一;虽然人们对中压开关的间隙研究已比较深入,但对短间隙电弧的研究相对还不多见,本研究是针对相控开关中的短间隙真空电弧。 为了研究短间隙真空电弧,本工作首先设计建立了一个可拆式真空灭弧室。灭弧室的阳极直接经瓷套固定在上端盖上,阴极经波纹管与瓷套相连,其上下位置可调,能够方便的对间隙的开距进行调节和更换电弧触头。可拆卸真空灭弧室使用双级抽气系统,能使系统始终保持在高真空状态;阳极阴极均采用目前最常用的杯状纵磁电弧触头。真空电弧由高压脉冲产生,触发电极安装在阴极触头,触发电路可提供高电压和较大的续流电流,保证电弧的可靠引燃。使用分流器采集电弧电流,和示波器采集到的电弧电压结合,可得到真空电弧的正伏安特性;对触发电路产生的高电压进行采集,可以得到定开距的耐受击穿电压。 本工作的重点是设计真空电弧的图像采集系统,使用双沟道的线阵CCD(Charge Coupled Device)作为感光单元,采集系统通过PCI总线和计算机之间实现控制信号和数据的交换。 采集系统拍摄到的图像需要进行相关的处理和数字化,比如平滑处理、二值化处理和边缘检测,得到可供我们分析的标准图像。通过建立的真空电弧轴对称模型和谱强分析,可以得到真空电弧等离子体的微观参数,得到真空电弧的电子密度和电子温度的径向分布。 最后对全文工作进行了总结,并对未来的工作做了进一步的展望。