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基于电磁耦合线圈的直流真空断路器电弧电压优化分析

摘要——针对直流断路器在开断过程中电弧电压过低导致电流转移时间长、效率低的问题，提出通过外加磁场的方式改变真空灭弧室磁场环境，从而增大直流电弧电压，提高真空断路器的开断容量。本文首先简述了直流断路器的工作原理及整体结构，之后基于有限元分析方法搭建高弧压开关的场路耦合瞬态数学模型，在MATLAB/Simulink中建立外加磁场驱动回路，并通过MATLAB和Ansoft Maxwell联合仿真，详细分析了线圈形态、线圈匝间距、线圈截面积、线圈匝数以及线圈激励等对高弧压开关的磁场分布及开断特性的影响；根据仿真结果发现双线圈对称模型磁场分布均匀度高、磁场强度大、占据空间小，在此模型下得到最佳高弧压开关参数：匝间距2mm，横截面积1mm×15mm，匝数13匝，模型在60mm处的磁场强度与设计相符；最后，搭建了原理测试平台，对线圈参数和驱动回路参数进行了校准，通过实验获得了高弧压开关开断特性，并与无磁场真空灭弧室进行了对比。结果表明，通过仿真结果设计的线圈能够明显提高电弧电压，有利于直流断路器的开断。

关键词：高弧压开关，双线圈，联合仿真，磁场