真空开关电弧图像采集及其处理过程

设计了真空开关电弧试验装置,并对真空开关电弧图像采集系统进行了分析研究,对所采集得到的真空开关电弧图像利用Matlab进行了边缘检测、中值滤波、灰度增强处理。试验结果表明,该试验装置可成功地在电极之间触发起弧,通过图像采集系统得到真空开关电弧图像,利用处理系统对真空开关电弧的边缘进行检测,对图像噪声进行了有效抑制,增强了图像的视觉,为对真空开关电弧形态和等离子体参数的有效可靠的诊断奠定了基础。

基于CCD真空开关电弧等离子体参数诊断方法

为了实现对真空开关电弧等离子体参数的有效诊断,设计了真空开关电弧试验装置,建立了利用高速摄像CCD信号对真空电弧等离子体参数诊断的试验模型,并通过Abel变换和量子力学计算分析得到了等离子体参数中电子温度、电子密度数学表达式,最后结合算例验证了公式的有效性。

真空开关电弧形态演变实验与仿真研究

真空开关电弧形态演变与其物理特性的变化密切相关,对开关能否成功开断电流有重要影响。本文首先建立了真空开关开断故障电流产生电弧的实验系统。然后利用CMOS高速相机采集电弧燃烧过程,并对电弧形态演变进行了较深入地定性分析。实验结果表明,燃弧过程中,真空电弧起始呈现集聚状态,包含桥柱电弧、扩散柱电弧和收缩柱电弧,电弧明亮,对触头烧蚀严重;在弧柱内高气压作用下,电弧转变为扩散状态,包含了亚音速和超音速电弧流动,电弧变暗,对触头烧蚀减轻;最终电弧随电流减小,开距增大而熄灭。最后利用电弧MHD模型仿真计算了电弧扩散阶段的光强变化,计算光强与电弧图像明亮度变化趋势吻合,可用于定量分析电弧形态变化。研究工作有助于提出电弧调控策略,从而成功开断大电流。

真空开关电弧对阳极加热作用的仿真研究

真空开关电弧对阳极的加热过程是影响真空开关开断能力的关键物理进程之一。为此建立了阳极热过程模型,综合考虑焦耳加热、热传导和空间热辐射等作用,加载前期真空电弧仿真所得的阳极表面热流密度边界条件,采用显热容法处理相变潜热,对真空开关开断电流过程中阳极加热过程及弧后冷却过程展开研究,分析了阳极温度、熔融区尺寸、表面蒸气压和蒸汽流量密度等的变化情况。研究结果表明:1)阳极最高温度出现时刻滞后于电流峰值时刻2~3 ms。2)典型燃弧参数条件下,t=8 ms时阳极温度最高,熔融区尺寸最大;弧后阳极温度初始下降速度快,在t=12 ms后熔融区消失。3)随着电弧电流峰值增大,阳极中心点温度升高,熔融区存在时间延长,弧后短暂时间内阳极表面蒸气压和蒸气流量密度很高,将影响间隙介质恢复过程。

基于PIV技术真空开关电弧流场实验研究

为了对真空开关电弧燃烧过程及热形态变化规律研究,本文采用粒子成像测速(PIV)技术对短间隙真空开关电弧进行了实验研究,观察分析了电弧流场的信息,有明显的漩涡区。实验结果表明,运用PIV技术能较好地获取真空开关电弧燃烧二维速度场分布;随着电弧电流不断增大,真空间隙中金属蒸气压力不断增大,电弧加速向四周扩散运动,当电弧电流增大到一定值时,在电弧四周产生明显的涡流区域;电弧电流峰值过后,涡流区域不断减小,当电弧电流减小到一定值时,电弧不再向外扩散,而是向弧柱中心做集聚运动。

真空开关电弧图像面积变化研究

真空电弧在燃烧过程中的形态变化对真空开关的开断性能有着重要的影响。为了实现对真空开关电弧形态燃烧过程的定量分析,提出了真空开关电弧图像面积概念,并对影响电弧面积变化的真空间隙、电压、磁场三因素进行了实验研究分析。结果表明:①真空间隙越大,电弧面积分布区域越广,减轻了电弧对触头表面的烧蚀;②开断容量越大,电弧的面积分布区域越大,同时对电弧表面的烧蚀越严重;③纵磁场的存在使电弧在真空间隙中分布更加均匀,有利于提高真空开关的开断能力。

真空开关电弧电子温度诊断的实验研究

金属蒸气等离子体是真空开关电弧的基本状态,为了实现对其等离子体电子温度诊断,提高真空开关的工作性能,本文提出了基于光学方法真空开关电弧电子温度诊断技术,阐述了二比色测温的基本原理,建立了真空开关电弧实验装置及相应的CCD光学图像采集系统。利用该实验系统得到了不同波长下的电弧图像,运用MATLAB经过图像处理得到真空电弧的灰度等值曲线,形象地表达了温度场的分布;通过计算得到了电子温度在不同电流下沿着径向的分布。试验结果表明:(1)在电弧电流为8.91kA时,电子温度最高可达3.42eV;(2)电子温度沿着径向不断的降低。

基于图像序列短间隙真空开关电弧形态研究

研究短间隙真空开关电弧扩散运动特性对促进真空开关向高电压等级、大容量及智能化发展具有重要的意义。本文利用高速摄像机CMOS对真空开关电弧图像进行了采集并获得了序列电弧图像;分析了真空电弧燃烧过程扩散运动的机理及特征。综合数字图像处理技术,提出了基于二值背景差分法电弧图像燃烧扩散运动识别算法。实验结果表明:运用图像系列背景差分法可实现对真空开关电弧图像面积扩散区域进行检测,且通过计算可得到真空开关电弧在燃烧过程中不同时刻的扩散速度。

基于MATLAB的真空开关电弧图像处理

为了滤除在应用CCD对真空开关电弧图像诊断时带来的各种噪声影响,增强真空开关电弧图像的特征细节,提出了运用MATLAB对真空开关电弧图像处理的方法.运用中值滤波方法对电弧图像中椒盐噪声干扰处理;然后运用坎尼算子对电弧图像边缘进行了检测;最后对电弧图图像灰度变换增强处理.结果表明:通过MATLAB图像处理技术使真空开关电弧图像在主观视觉和客观标准评价上均取得良好效果,为其形态及内部等粒子体参数的诊断提供了有效的手段.

真空开关电弧伏安特性测试系统的设计

为了实现对真空开关电弧伏安特性的测量,设计了真空开关电弧试验装置。首先建立了一个可拆式真空灭弧室以及其基于阴极的触发电路,并结合真空短间隙进行了电弧点燃试验以及真空电弧电压和电流的采集,验证了真空电弧正伏安特性。结果表明,利用所设计的系统能够很好地触发真空间隙,并能准确地测量真空开关电弧的伏安特性,能为真空相位开关的研究提供有利的条件。

基于MATLAB的真空开关电弧图像处理系统设计

真空开关的电弧特性是决定真空开关开断能力的主要因素。为了研究真空开关的电弧形态特性,利用MATLAB软件的图形用户界面(GUI)功能,结合真空电弧图像特点,开发了真空电弧图像处理系统。该系统对真空电弧图像宏观特征进行挖掘,包括滤除噪声干扰,增强图像特征,改善图像的视觉效果,对电弧图像的形态变化和分层变化等特征进行定量分析,适用于真空电弧图像的定量分析,为进一步研究真空开关电弧形态提供了便利。

真空开关触头动态位置检测研究

真空开关电弧形态及其变化规律对真空开关开断性能有着重要影响,而触头动态开距大小是影响电弧形态变化重要因素,如何准确检测触头动态位置从而计算触头动态开距具有重要的意义。真空开关电弧图像灰度分布不均,燃烧的电弧灰度值高、触头灰度值低,并且电弧燃烧形态剧烈变化等因素制约了电弧图像中触头位置的精确检测。本文提出了一种新的真空开关电弧图像触头位置检测算法,该算法将数字图像处理技术运用到真空开关电弧图像分析中,在二值化电弧图像中分别检测电弧的上、下边缘,最后将检测到的上、下边缘进行直线拟合,实现了动、静触头在图像中位置的高精度检测。实验结果表明:本算法能够有效地检测出电弧图像的上、下边缘,并通过计算得到电弧图像中静触头及动触头的位置。