李显哲 曹云东 付思

摘要：以磁流体动力学（MHD）为基础，建立了小电流真空电弧的双温磁流体动力学模型及三维电弧的数学控制模型，仿真分析了小电流真空电弧的特性参数以及电机旋转对于电弧特性参数的影响。分析表明：小电流真空等离子体数密度、电子温度、离子温度、压强、纵向电流密度、能流密度的最大值都出现在电弧中心位置，并且沿径向逐渐减小，电弧等离子体从外观以及各项参数的分布上符合扩散型电弧的规律;同时，随着电极转速的增加，纵向电流密度、电子温度、离子温度、阳极侧能流密度都逐渐减小，分布更加均匀。

关键词：真空断路器;磁流体动力学（MHD）;数值仿真;电弧参数

0    引言

真空电弧的本质是存在于真空介质中的蒸气电弧[1]。目前，真空电弧已经广泛应用于真空灭弧室、真空镀膜以及相控真空开关等多个领域，对真空电弧的建模仿真及研究作为一种重要研究手段，受到了众多专家学者的重视。

真空电弧在真空环境中，电极间的气体十分稀薄，所以不存在空气电弧中气体的游离问题，电弧中的带电粒子主要来自于电极蒸发的气体金属蒸气分子的游离[2]，这些游离的金属蒸气分子为极间真空区域提供了大量的等离子体，形成承载电流的载荷粒子。

R.L.Boxman[3]最早针对平板电极真空电弧进行了一维仿真，将真空电弧当作流体处理，方程反映了电流密度在阳极区域发生收缩现象，但其将流体方程与电磁场方程割裂开来，因此模型并不完整。……