《電觸點動熔焊奇異現象：分離熔焊及其燃弧特性研究》是依託華中科技大學，由李震彪擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：電觸點動熔焊奇異現象：分離熔焊及其燃弧特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李震彪
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
動熔焊是電接觸研究中的最重要主題之一，近年來國內外針對觸點動熔焊的實驗研究發現了有悖於傳統主流結論的奇異現象，即動熔焊發生於觸點分離過程而非閉合過程，強熔焊主來自短彈跳電弧而非長彈跳電弧。此奇異現象至今尚無系統合理的機理解釋，也缺乏系統深入的多條件實驗測試分析。因此，關於動熔焊的兩個基本問題尚無清晰肯定的結論，即（1）動熔焊到底發生在什麼階段？是分離過程，還是閉合過程，二者誰更主要？（2）動熔焊的發生與當時燃弧時間、電弧長度到底是何關係，有無臨界值？本項目即針對此展開實驗與理論研究，利用觸點模擬實驗系統研究觸點壓力、位移、開距、合分速度、觸點材料、工作氣氛、電流、電壓等機電參數改變時，觸點熔焊發生的位置及其燃弧特性規律。開展基於時序特徵的分離熔焊理論研究，探討分離運動速度、轉移橋接速度、液橋降溫凝固速度三者競爭關係。為抗熔焊新型開關電器的研發提供基礎理論和技術依據。
結題摘要
隨著可再生能源分散式電源、直流配電系統的快速發展，直流高壓繼電器接觸器等高指標控制電器研發成了迫切需求，其中小型化、長壽命、大容量是此類開關電器的技術難點，而造成此難點的核心技術問題是觸頭易熔焊。如美國GIGAVAC公司高端G系列直流繼電器/接觸器在體積僅約128mm xΦ61mm情況下，可在25kVdc/30A-110A大容量下實現通斷操作，但其抗熔焊能力較差，無法滿足系統及用戶要求，我國目前更無法獨立自主製造出如此高指標開關電器。其關鍵原因之一是對制約開關電壽命的觸點動熔焊故障機理了解不深不細。 本課題通過開展14-500Vdc/10-200A多種電流電壓、CuCr/CuW/CuMo/AgSnO2/AgNi等多種觸頭材料、氮氣/氬氣/氧氣等多種環境氣氛及多種分斷力等複雜條件下的實驗與理論研究，首次提出觸頭分離熔焊機理是因為電極材料噴濺轉移形成的觸頭間多液橋散熱不平衡所致。即觸點分離時液橋爆炸形成金相電弧（對應電弧電壓約10V、幾十微秒電壓脈衝），金相電弧造成強烈觸點表面多點液滴噴濺及極間材料轉移，進而在動靜觸點間隙形成多個液橋，導致間隙電路短接而使觸點電壓回歸為零。由於多個液橋在體積、電阻、位置、散熱、分流值等方面存在差異和不平衡，其中某一個液橋率先冷卻凝固導致觸點表面局部熔焊，由於單點小面積熔焊即具有較高熔焊強度，進而造成整個觸點出現無法打開的永久熔焊現象。 澄清了分離熔焊前電壓窄脈衝不是機械彈跳和接觸電阻所致，而是金相電弧與噴濺液橋。研究了氣氛物性參數與觸頭分斷燃弧時間之間定量解析數學模型，闡明了比熱、原子量、傳熱係數、電子親和性等物性參數對燃弧影響規律，對於深入了解分離熔焊物理實質及氣氛性質對燃弧時間影響機理，研發高抗焊觸頭材料及設計抗熔焊、低燃弧氣氛具有重要學術與工程實際意義。代表性成果發表在IEEE TCPMT 2016.NO.6並上封面重點推介。
