低壓斷路器可視化仿真系統的研究

低壓斷路器可視化仿真系統的研究
摘　要：可視化仿真技術是綜合計算機圖象學、圖象處理、計算機輔助設計、人機交互技術等多個領域的一個嶄新的技術領域。本文研究了這種新技術在低壓電器中的應用。根據低壓斷路器開斷時電弧的物理過程，建立了以磁流體動力學MHD為基礎的電弧模型及以熱擊穿為主的背后擊穿物理模型。把這種仿真算法和三維可視化技術結合起來，對低壓斷路器開斷過程中的電弧運動進行了可視化仿真研究。
關鍵詞：斷路器　可視化　仿真 1　概述
可視化仿真是90年代嶄新的技術領域。它是涉及計算機圖象學、圖形處理、計算機輔助設計、計算機視覺及人機交互技術等多個領域的一個嶄新的技術領域。在工程設計領域，可視化仿真或科學計算可視化被定義為對科學計算或仿真計算所獲得的數據進行可視化加工或三維圖形和動畫顯示，并可通過交互的改變參數來視察計算結果的全貌及其變化。由于科學計算可視化對各門學科和工程技術的發展有極其重要的意義及實用價值，因而這種技術在它一開始出現就得到人們的極大重視。
實現科學計算的可視化具有多方面的重要意義。它可以大大加快數據的處理速度，使龐大的數據得到有效的利用；能把不能或不易觀察到的工程現象變為使人們能發現并理解被設計和被研究對象所產生的物理機理，從而提出改進設計的具體措施；可以實現對計算過程的引導和控制，通過圖形交互手段可方便快速的改變設計和計算的原始數據和條件，并通過三維圖形或動畫來顯示和觀察改變原始數據對設計和研究對象基本特性的影響，來達到對象優化設計的目的。
動量守恒方程
3　電弧開斷過程可視化仿真
可視化被定義為對科學計算或仿真計算所獲得的數據進行可視化加工或三維圖形和動畫顯示。本文研制的低壓斷路器開斷的三維可視化仿真軟件，系在Windows98平臺上用Visual C++語言編制，利用基于系統的三維圖形模塊，在三維空間以動畫方式顯示的開斷過程中電弧的運動情況，并繪出仿真計算的開斷電壓電流波形。
在低壓斷路器開斷過程的仿真中，需要計算斷路器模型所在的回路的電流，計算電弧的耦合場，從而掌握和了解滅弧室內如電弧溫度、離子濃度、氣體壓力，氣流速度等物理參數變化。模擬計算的電壓電流波形圖所示，電弧電壓逐漸上升，當電弧進入柵片時，電壓迅速上升到一個較高的值，電流得到限制，然后出現了背后擊穿，電弧電壓跌落。計算結果與實驗基本符合。在0.85ms時滅弧室內溫度分布及流場所示。
模擬計算的斷路器開斷電壓電流波形 　t=0.85ms時計算得滅弧室內溫度分布及流場