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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
随着多电和全电飞机技术的发展，航空交流变频供电系统已成为未来飞机供电系统的重要发展方向。需要设计新型的航空开关以适应未来多电/全电飞机系统的要求。真空开关具有开断容量高、体积小、重量轻、寿命长、可靠性高等优点，具有应用于航空领域的优势，但目前缺乏中频开关及其电弧理论的研究。本文以中频(400Hz-800Hz)真空电弧为研究对象，对中频真空电弧在不同电流、不同频率下的电弧电压电流特性、电流开断特性、电弧演变及能量特性，以及中频电弧等离子体参数等进行了研究，并利用单粒子轨道法及磁流体力学理论对中频电弧的特性进行了分析，得到了以下研究结果：(1) 建立了中频真空电弧实验和仿真平台。设计搭建了具有引弧支路的振荡回路，包括引弧回路、振荡回路和调频回路，并设计完成了中频电流实验控制系统。而后利用Maxwell三维电磁场软件建立了触头的涡流场仿真模型并通过计算对触头间隙纵向磁场的分布进行了介绍与分析。(2) 通过实验研究不同频率小开距(2mm)情况下中频真空电弧的电弧电压特性，发现小开距下电弧电压的主要特性。而后通过实验研究不同频率下纵磁触头灭弧室的极限电流开断能力，发现了中频电弧烧蚀触头的基本形式，得到了纵向磁场灭弧室极限开断电流的平方与频率成反比的结论，而分析认为电流过零时刻变化率以及中频纵向磁场滞后角度是影响电流开断能力的重要因素。(3) 研究了中频电弧在不同开距下(2mm和4mm)的演变过程中存在的三个形态：自由膨胀电弧，过渡态电弧和扩散态电弧(多重扩散态电弧)。发现了相同电流下过渡态电弧随着频率的增加而出现更为集聚的外观，而2mm开距电弧发生集聚的电流阈值比4mm开距电弧的阈值小。(4)实验发现了中频电流情况下，电弧演变的特征点电弧电压(A点和B点)随着电流和频率的增加而线性增加，同时与这两个点相关的半波平均输入功率随着电流和频率的增加而增加。提出了中频半波平均输入功率理论推导过程，解释了上述实验结果。在对阳极现象的研究后，确认了中频大电流下过渡电弧态中的阳极暂态斑点对阳极烧蚀的重要作用。而后分析了中频电弧的能量特性，总结了不同开距下过渡态电弧的主要特征，得到了电弧开断实验中阳极触头烧蚀的重要原因。(5) 提出了基于连续光谱法和彩色CCD摄像机诊断中频电弧等离子体的基本理论，并测量了中频真空电弧在电流峰值时刻以及过渡电弧态的等离子体参数。实验结果表明，该方法能够有效的测量电弧等离子体参数。利用此法得到的中频电弧等离子体电子温度为0.5eV~3eV，电子密度为1 x 1020-5.3 x 1021m-3。恒定电流下，电流频率的增大使得过渡态弧柱内部的电子温度更低，电子密度更高。频率提高后电流密度也因此提高。弧隙内部输入功率和阳极瞬时输入功率提高，这解释了本文及其他学者发现的频率提高后阳极的烧蚀现象，验证了上文提出的半波输入功率随着频率的增加而增大的结论，说明了过渡态电弧是中频下阳极烧蚀的重要来源。(6) 使用单粒子轨道方法和磁流体力学方法解释了中频真空电弧的实验现象。在认为中频纵向磁场依旧为缓变磁场的前提下，发现了过渡态电弧弧柱的收缩与纵向磁场和感应电场造成的带电粒子漂移运动有关。而通过磁流体压缩效应方程推导得到的塌缩时间，进一步解释了纵向磁场上升过程中的弧柱收缩现象。塌缩时间与电流上升率成反比。中频情况下电流上升率增高，因此塌缩时间相比同电流的工频电弧要小。这就导致了中频过渡态电弧更易收缩。而也正是这样的收缩，使得弧隙内阳极表面能流密度的增大，电弧弧柱等离子体在过渡电弧态的密度升高。更进一步导致了半波输入功率的增加，阳极暂态斑点的形成，最终使过渡态电弧成为阳极烧蚀的重要来源。 |
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发表于 2022-7-31 11:53:15
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