電弧放電仿真的案例
電弧放電仿真 ￥1000
電弧是指在兩個電極之間，因為電壓差引起的電離氣體擊穿形成的氣體放電現象。當兩個電極之間的電壓達到一定程度時，電流會在兩個電極之間形成一個通道，導電氣體會被電離，形成一個帶電等離子體，這就是電弧。電弧的形成需要滿足一定的條件，包括足夠的電壓差、適當的電極間距、導電氣體的性質等。當這些條件得到滿足時，電壓會加速導電氣體中的電子，形成高能電子束，撞擊氣體分子，激發化學反應并產生離子。這些帶電粒子會導致氣體的電導率增加，從而使電流在電極之間建立起電弧通道。電弧的特點包括高溫、高亮度、高能量和高頻閃爍。它具有強烈的熱輻射和光輻射，可以產生明亮的火花、火焰和光弧。由于電弧可以提供高能量，因此廣泛應用于電焊、電切、電刷涂等工業和實驗室應用中。
本案例基于COMSOL軟件多個物理場模擬了電弧放電的過程，模擬結果如圖所示：
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展開 直流輝光放電數值仿真 ￥500
<p>長期以來，低壓狀態下的直流輝光放電一直用于氣體激光器和熒光燈。由于解與時間 無關，因此直流放電對于研究很有吸引力。本案例使用等離子體接口來建立對正柱區區的分析，其中通過在陰極處發射二次電子來維持放電。柱內電子密度的仿真結果如圖1所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202301/d6784e9c0550438394d3858de9c0b9f8.gif" alt="電子密度.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 電子密度</strong></p><p> 電子密度峰值出現在陰極下降與正柱區 之間的區域，該區域有時被稱為法拉第暗區。電子密度在徑向上迅速降低，這是由于電子向柱外壁的擴散損失導致在壁上積累表面電荷造成的。負電荷的積累導致柱中心 產生了對壁的正電勢。</p><p> 電子溫度仿真結果，如圖2所示。電勢仿真結果，如圖3所示。
展開 電弧仿真UDF和模型文件 ￥20
電弧仿真UDF和模型文件
固體中He氣放電數值仿真 ￥500
本案例所建立的模型中，固體部分通過靜電場和稀物質傳遞物理場模擬電荷的傳輸和固體電場分布，氣體部分通過等離子體場模擬氦氣的輝光放電。通過域1和3包裹域2模擬固體包裹氣體，探究固體中電荷傳輸和電場分布對氣體放電的影響。基于COMSOL軟件實現了固氣界面的表面電荷耦合，COMSOL軟件中采用的模塊及模型如圖1所示。
仿真結果如下圖所示。
終端電流及電壓
氣體放電電壓
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通過仿真降低航天器上的靜電放電風險
圖 8 中顯示的結果快照展示了模型的電弧損壞。當平均電場達到 3x10 6時，放電首先發生在電池的邊緣伏/米。高導電性電弧通道會耗散任何進一步沉積的電荷。隨著時間的推移，擊穿后電導率超過玻璃電導率，導致較低的電場平衡。電荷密度圖顯示了由于入射電子而產生的負電荷層。正圖像電荷形成在電池和底部基板的邊緣，而負電荷形成在粘合劑的頂部。這導致電池邊緣的電場增強，導致多個同時擊穿。隨著擊穿的發生，它們會消散高能電子等離子體沉積的空間電荷，從而緩慢降低模型中的總電荷。通過查看放電前后能量和電荷的變化，我們可以計算出它們的平均值。平均電荷為 117 nC，平均能量為19mJ.
為解決上述應用，Ansys EMA3D Charge 利用多個能夠進行協同仿真的物理求解器：表面電荷平衡求解器、電磁學的全波 FEM 解決方案和 3D 粒子傳輸工具。Ansys EMA3D Charge 提供了一種準確詳細地模擬各種儀器、材料和軌道目標的電荷積累和耗散的方法，可幫助設計團隊開發更強大的空間平臺，并最大限度地提高這些昂貴項目的長期成功概率.
了解有關Ansys EMA3D Charge 平臺級 EMC 電纜建模的更多信息。https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-ema3d-cable
1. “空間環境對空間系統的影響”，HC Koons、JE Mazur、RS Selesnick、JB Blake、JF Fennell、JL Roeder 和 PC Anderson；空間與環境技術中心技術運營；1999 年 7 月 20 日
根據Ansys Blog翻譯轉發
展開 初步研究電弧仿真收斂性
斷路器電弧運動仿真
Comsol6.1版本出來了，原本認為最新版本在斷路器電弧收斂性方面會有很大的改善，然而導入之前已做好的6.0版本文件發現，在多物理場模塊下，之前需要的方程模塊選項沒了，多出來磁流體模塊。研究了一個下午，起弧是能模擬出來，而電弧似乎一直在觸點附近，并沒受到洛侖磁力的作用，也找不出原因。最后，還是研究以前的案例。
現將電路串聯電阻設置為0.5Ω，以前是1.5Ω，1.5Ω時的收斂性好于0.5Ω，后者很難收斂。通過改變求解器設置參數，得到了以下收斂圖，如圖1所示。
圖1 殘差收斂圖
最終的溫度云圖和速度云圖等，一口氣疊加在一起，如圖2所示。
在電弧收斂性方面，據圖1本人總結，當殘差值在e7左右時，結果很難收斂，半天就跑0.5ms。
展開 MCCB觸頭打開電弧運動過程仿真分析
電弧分析是斷路器設備的重點與難點，主要考慮流體分析、熱分析、電場分析、磁場分析，其難度是最大的地方是如何讓電弧更改好的進入柵片，本次分析的是經典案例，將MCCB的觸頭分開，那么觸頭之間產生電弧，在ANSYS分析中能夠更好的獲取電弧的運動趨勢，觀察電弧將進入柵片的過程
溫度變化過程如圖所示
電流變化過程如圖所示
電壓出現下降趨勢，結果如圖
采用的動網格顯示效果如圖所示
獲取電壓的變化過程云圖，電弧進入柵片，動靜觸頭打開，電弧電壓上升，該過程能夠很好的變化電流運動過程，查看其效果觀察柵片的布局合理性，觀察電壓變化過程，為滅弧室設計提共很好的支撐
關鍵詞：MCCB 電弧仿真 斷路器
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專注于電弧仿真的方法研究
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展開 斷路器開關電弧仿真
對于斷路器電弧的研究，主要包括開關分斷過程中起弧過程、弧根移動與躍遷及金屬柵片切割電弧這三個過程。采用comsol軟件，對簡單二維電弧的上述三個過程進行數值模擬，結合仿真結果，分析電弧的運動特性，指導后續的產品改進。
本次模擬對象的幾何模型如下圖所示。圖1和圖2差別在于，圖1動觸頭向下分斷，而圖2動觸頭向上分斷。研究觸頭布置的不同給電弧運動帶來的差異；
圖1斷路器開斷起弧(動觸頭向下移動)
圖2 斷路器開斷起弧(動觸頭向上移動)
邊界條件設置：橫向磁場強度為50mT，回路電流為100A，環境溫度300K，初始化給起弧區域溫度為4000K。注：當回路電流給100A時，電弧電流也就是保持恒定值，因此電弧通過柵片作用也不會被熄滅，本次模擬僅觀察兩類觸頭布置下電弧運動差異。
圖3 電弧運動(動觸頭向下)
圖4 電弧運動(動觸頭向上)
從圖3和圖4中可以看出，電弧運動的差異性取決于弧根移動距離及其跳躍時間。為了使電弧在跑弧道上弧根水平距離保持一致，將觸頭形式布置圖2的形式，有利于柵片均勻切割電弧。
以上研究存在一些不足之處，僅提供參考意義。
展開 某型號接觸器--開關的觸頭電弧運動仿真分析
（添加V：fwz0703）
某型號接觸器--開關的觸頭電弧運動仿真分析
1.分析目標
電氣設備開關類產品或接觸器在電力系統中承擔著控制電路通斷的重要任務。當接觸器觸頭斷開電路時，會產生電弧。電弧的存在不僅會影響接觸器的正常工作，還可能導致觸頭材料燒蝕，降低接觸器的可靠性和電壽命。因此，研究接觸器觸頭電弧運動特性，對接觸器的設計與改進至關重要。
2.計算難點
傳統對電弧的研究主要以實驗為主，但電弧運動涉及流場、熱場和電磁場等復雜變化過程，實驗研究難度較大。隨著計算機計算性能和仿真軟件技術的進步，電弧仿真逐漸成為可能，且仿真結果的準確性大大提高。通過仿真分析，可以在虛擬環境中模擬電弧運動過程，深入了解電弧特性，為接觸器的優化設計提供依據。
2.1流體、電磁與輻射過程方程
電弧運動過程中，流場、熱場和電磁場相互作用、相互影響。例如，電磁力會影響電弧的運動軌跡，電弧的溫度分布又會影響氣體的物性參數，進而影響流場的變化。磁流體動力學模型能夠綜合考慮這些多物理場的相互耦合關系，準確描述電弧的運動特性。
2.2氣體物性參數計算方法
1.流體過程方程主要描述電弧等離子體的流動特性，包括連續性方程、動量方程和能量方程等，用于求解氣體的速度、壓力和溫度分布。
2. 電磁過程方程則考慮了電場、磁場與電弧等離子體的相互作用，通過麥克斯韋方程組來描述電磁現象，求解電場強度、磁場強度等參數。
3. 輻射過程方程用于考慮電弧在運動過程中的熱輻射損失，它對電弧的能量平衡和溫度分布有著重要影響。通過合理的輻射模型，可以準確計算電弧的輻射能量，提高仿真結果的準確性。
展開 斷路器滅弧室電弧重燃現象的仿真
斷路器在觸頭分開后，電弧進入滅弧柵片，電弧電壓升高，這個是最理想的狀態，從而達到滅弧的目的，結果如下圖所示
但是，電弧可能會發生重燃， 電弧重燃后其在觸頭位置重新出現電弧，從而將電弧電壓迅速的降低，進而電弧持續燃燒，打不打滅弧的目的，結果如下圖所示
究其原因，應該是在觸頭位置其電弧燃燒后的余溫過高，觸頭之間的電壓較大，達到了重燃的條件，這個重燃是突然的發生，并沒有傳導的趨勢，降低這個的條件就是讓電弧快速遠離觸頭，降低溫度。
除此之外，電弧還可能發生背后擊穿，在滅弧柵片的后方，電弧運動過去之后發生短接，從而降低電弧電壓
所以這種情況不是我們想看到的結果，這就需要我們將電弧最好同時通過滅弧柵片達到提高電弧電壓的目的
電弧仿真可以模擬電弧進入柵片，動靜觸頭打開，電弧電壓上升，能夠很好的獲取變化電流運動過程，查看其效果觀察柵片的布局合理性，觀察電壓變化過程，為滅弧室設計提共很好的支撐
關鍵詞：斷路器 電弧仿真 ansys
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展開 5.19 直播預告 | 揭秘電弧仿真：Ansys最新技術與應用案例
5月19日16:00，Ansys官方『揭秘電弧仿真：Ansys最新技術與應用案例』研討會將基于Fluent、Maxwell講解電弧仿真多物理場聯合分析，建立從原理方法到工程案例的完整實踐流程。感興趣的下滑預約學習??
時間：5月19日（星期二），16:00-17:00
內容簡介：
隨著電力設備向高容量、高可靠性發展，電弧仿真已成為設計與驗證階段的關鍵技術之一。本次線上研討會將聚焦 Ansys 在電弧仿真領域的最新進展，詳細介紹如何利用 Fluent 與 Maxwell 實現電弧的多物理場聯合分析。內容涵蓋從原理方法到工程案例的完整實踐過程，幫助工程師更準確地評估電弧風險、優化設備設計，并縮短研發周期、降低試驗成本。
講師：
羅智 | Ansys 高級應用工程師
羅智，Ansys高級應用工程師，主要負責Fluent、Polyflow等流體產品的售前技術支持工作。從事流體仿真工作近十年，具備豐富的家電、消費電子等行業經驗，現專注于流程自動化、電弧仿真、材料成型、氫能等應用領域。
形式：線上
費用：免費
掃碼立即報名
(web: https://www.yqgqt.org.cn/links/24)
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技術鄰簡介：
技術鄰，是一家深耕工科制造業領域逾二十年的專業技術平臺。
我們的服務覆蓋力學、機械、材料、航空、交通運輸、電子電氣、通信、化工、能源、船舶、冶金、建筑土木、水利測繪等眾多專業方向。以CAE仿真為特色和入口，在結構、流體、電磁、熱動力學、工藝、聲、光及加工工藝等領域，擁有深厚的專家資源和項目經驗。累計幫助1200+企業解決制造業研發困擾，100萬+工程師提升專業能力。
展開 
微型斷路器電弧仿真分析_MCB Arc Simulation
2) 引導區域是從觸點處到滅弧柵之間的空間，由上下兩組導磁鐵片及絕緣隔離片組成，形成一個電弧轉移通道。3) 滅弧柵組件：由9片相互絕緣、片間距約為1.8mm的帶有凹口的鋼片用絕緣框組裝而成，框背后開有通氣孔。
圖19 滅弧室結構及原理示意圖2、 電弧的害處斷路器分斷大電流時，動靜觸點間會產生溫度極高、發出強光的電弧。電弧有兩個害處，一是引起高溫燒壞觸點等零件；二是它本身也是電流，電弧不熄相當于電流不斷，而斷路器需要非常快速地終止所有電流，通常要求機構跳閘后30－150毫秒之間熄滅電弧。
3、 柵片滅弧原理小型斷路器通常采用“金屬柵片滅弧法”，其基本原理是利用金屬柵片產生的感應磁場形成電磁動力（磁吹弧力），將電弧吸入滅弧室，然后分割成若干小段，利用交流電的“過零”及電弧的“近陰極效應”達到快速熄滅電弧的目的。另外滅弧柵還有降溫、散熱、通風等功能。移動電弧的電磁力分析：電弧本質上是一團被電離的氣體，受力時易發生移動。同時它也是一段電流，既可以產生磁場，也可受到電磁力作用。斷路器觸點右邊設置了上下2塊鐵片，滅弧柵組件中有9片鐵片，當電弧產生時，強大的電弧電流產生磁場，將鐵片磁化（有研究表明可多產生約39%的磁場）。這個磁場力反過來又對電弧產生安培力，將電弧往鐵片方向拉（另一邊看來是吹），電弧迅速移入滅弧柵組件。不用擔心會吹過頭，過頭了還會吹回來的。電弧在滅弧室被截成多段小電弧，然后冷卻、熄滅。根據電弧的“近陰極效應”，電弧放電時，近陰極一端吸引、積累了大量正離子，當交流電過零反向后，陰極變陽極，正離子區域可以形成約150V－250V左右的反向電場，這個電場能抵消起弧的外電場，從而阻斷電弧電流。滅弧室設計成9隔，電弧引入后被截成10段，每段都有一個陰極，串聯起來就有1500V以上的反壓，當外電場低于此值，電弧就會熄滅。
展開 電弧仿真關于直流斷路器，永磁鐵的影響
電弧仿真關于直流斷路器，永磁鐵的影響
永磁體的添加，可以看到電弧在磁場的作用下有個明顯的便宜，參考下面的視頻動畫
