低压断路器可视化仿真系统的研究

低压断路器可视化仿真系统的研究
摘　要：可视化仿真技术是综合计算机图象学、图象处理、计算机辅助设计、人机交互技术等多个领域的一个崭新的技术领域。本文研究了这种新技术在低压电器中的应用。根据低压断路器开断时电弧的物理过程，建立了以磁流体动力学MHD为基础的电弧模型及以热击穿为主的背后击穿物理模型。把这种仿真算法和三维可视化技术结合起来，对低压断路器开断过程中的电弧运动进行了可视化仿真研究。
关键词：断路器　可视化　仿真 1　概述
可视化仿真是90年代崭新的技术领域。它是涉及计算机图象学、图形处理、计算机辅助设计、计算机视觉及人机交互技术等多个领域的一个崭新的技术领域。在工程设计领域，可视化仿真或科学计算可视化被定义为对科学计算或仿真计算所获得的数据进行可视化加工或三维图形和动画显示，并可通过交互的改变参数来视察计算结果的全貌及其变化。由于科学计算可视化对各门学科和工程技术的发展有极其重要的意义及实用价值，因而这种技术在它一开始出现就得到人们的极大重视。
实现科学计算的可视化具有多方面的重要意义。它可以大大加快数据的处理速度，使庞大的数据得到有效的利用；能把不能或不易观察到的工程现象变为使人们能发现并理解被设计和被研究对象所产生的物理机理，从而提出改进设计的具体措施；可以实现对计算过程的引导和控制，通过图形交互手段可方便快速的改变设计和计算的原始数据和条件，并通过三维图形或动画来显示和观察改变原始数据对设计和研究对象基本特性的影响，来达到对象优化设计的目的。
动量守恒方程
3　电弧开断过程可视化仿真
可视化被定义为对科学计算或仿真计算所获得的数据进行可视化加工或三维图形和动画显示。本文研制的低压断路器开断的三维可视化仿真软件，系在Windows98平台上用Visual C++语言编制，利用基于系统的三维图形模块，在三维空间以动画方式显示的开断过程中电弧的运动情况，并绘出仿真计算的开断电压电流波形。
在低压断路器开断过程的仿真中，需要计算断路器模型所在的回路的电流，计算电弧的耦合场，从而掌握和了解灭弧室内如电弧温度、离子浓度、气体压力，气流速度等物理参数变化。模拟计算的电压电流波形图所示，电弧电压逐渐上升，当电弧进入栅片时，电压迅速上升到一个较高的值，电流得到限制，然后出现了背后击穿，电弧电压跌落。计算结果与实验基本符合。在0.85ms时灭弧室内温度分布及流场所示。
模拟计算的断路器开断电压电流波形 　t=0.85ms时计算得灭弧室内温度分布及流场