電弧運動發生裝置製造方法
2023-06-04 03:12:01
電弧運動發生裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種電弧運動發生裝置，包括監控裝置、控制裝置、採集裝置以及充放電本體，所述充放電本體設置為由LC組成的單頻振蕩迴路；所述採集裝置包括充電採集單元和放電採集單元，與充放電本體連接，對充放電本體充電、放電瞬間的波形採集；所述控制裝置與充放電本體連接，對充放電本體進行充電、放電控制；所述監控裝置分別與控制裝置以及採集裝置連接，對控制裝置以及採集裝置進行監視和控制。本發明技術方案能對電弧運動進行觀察，以更深入地研究電弧特性並改進低壓電器的性能。
【專利說明】電弧運動發生裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種電弧運動發生裝置，特別涉及一種用來觀測電弧運動的發生裝 置。
【背景技術】
[0002] 電弧的產生對低壓電器的安全運行有很大影響。首先，電弧延長了電路開斷短路 電流的時間。在開關分斷短路電流時，開關觸頭上的電弧就延長了短路電流通過電路的時 間，使短路電流危害的時間延長，這可能對電路設備造成更大的損壞。同時，電弧的高溫可 能燒壞開關的觸頭，燒毀電氣設備和導線電纜，甚至可能造成火災和爆炸事故。此外，強烈 的電弧可能損傷人的視力，嚴重的可能導致人失明。因此開關設備在結構設計上就要保證 其操作時電弧能迅速地熄滅。那麼滅弧系統的設計就離不開對電弧特性的研究與分析，本 項目所設計的電弧運動發生器，對電弧特性的研究就有相當大的意義。
[0003] 在低壓電器開斷過程中，當電路中出現故障電流時，低壓電器的觸頭迅速地打開， 在觸頭間產生電弧，電弧稍作停滯，在外界磁場和氣動力的作用下，沿著導軌向柵片運動， 隨後電弧被柵片分成幾個短弧，導致電弧電壓急劇升高，電弧隨之熄滅。能否是電弧快速地 到達柵片，可靠地被熄滅是評價低壓電器性能的一個重要標準。而電弧的運動直接影響低 壓電器的開斷性能。如果能對電弧進行觀察，就可以更深入地研究電弧特性並改進低壓電 器的性能。電弧在滅弧室中的運動過程，是一個氣流場、電場、磁場和熱場相互耦合，共同作 用的複雜現象。實際中如果能對電弧運動進行觀察，就可以更深入地研究電弧特性並改進 低壓電器的性能。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術存在的不足，本發明的目的在於提供一種能對電弧運動進行觀察， 以更深入地研究電弧特性並改進低壓電器的性能的電弧運動發生裝置。
[0005] 為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：一種電弧運動發生裝置，包括監控 裝置、控制裝置、採集裝置以及充放電本體，所述充放電本體設置為由LC組成的單頻振蕩 迴路；所述採集裝置包括充電採集單元和放電採集單元，與充放電本體連接，對充放電本體 充電、放電瞬間的波形採集；所述控制裝置與充放電本體連接，對充放電本體進行充電、放 電控制；所述監控裝置分別與控制裝置以及採集裝置連接，對控制裝置以及採集裝置進行 監視和控制。
[0006] 本發明進一步設置：所述控制裝置包括PLC控制器、D/A轉換模塊、比例積分電路、 調壓器以及變壓器，所述PLC控制器與監控裝置相連接，所述D/A轉換模塊與PLC控制器相 連接，所述比例積分電路與D/A轉換模塊相連接，所述調壓器與比例積分電路相連接，所述 變壓器與所述調壓器相連接。
[0007] 本發明進一步設置：所述充電採集單元包括分壓電路、差分放大電路、反向電路以 及A/D轉換電路，所述分壓電路與所述差分放大電路相連接，所述反向電路與所述差分放 大電路相連接，所述A/D轉換電路與反向電路相連接，所述監控裝置與所述A/D轉換電路相 連接。
[0008] 本發明進一步設置：所述放電採集單元包括脈衝電流發生器、負載、真空開關、羅 氏線圈、高速數據採集終端，所述高速數據採集終端與所述監控裝置相連接。
[0009] 本發明進一步設置：所述監控裝置包括組態王監控和LabVIEW監控界面。
[0010] 本發明進一步設置：所述監控裝置與採集裝置之間、監控裝置與控制裝置之間均 設置有光電隔離單元。
[0011] 本發明技術方案，採用LC振蕩迴路設計的一個電弧運動發生裝置，產生的電弧在 運動中能量受限，不會將試品燒毀，保證電弧運動實驗的可操作性；本裝置利用LC振蕩回 路來產生脈衝電流，試驗時對電網不造成衝擊，應用比較方便。將電弧運動發生器技術在大 中型低壓電器生產廠家推廣應用，將有利於低壓電器的轉型與升級。
[0012] 下面結合附圖對本發明作進一步描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明實施例總體方框圖； 圖2為本發明實施例主電路原理圖； 圖3為本發明實施例充電電壓控制及充電電壓採集電路方框圖； 圖4為本發明實施例比例積分電路圖； 圖5為本發明實施例分壓、低壓調節、差分放大和反向電路圖； 圖6為本發明實施例放電採集單元電路圖； 圖7為本發明實施例充放電本體原理圖。
【具體實施方式】
[0014] 參見附圖1至7,本發明公開的電弧運動發生裝置包括監控裝置、控制裝置、採集 裝置以及充放電本體。監控裝置是由組態王監控和LabVIEW監控界面組成，實現對下位機 的監視和控制；控制裝置是由PLC控制系統組成，實現對脈衝發生器的充放電控制；採集裝 置是由充電採集單元和放電採集單元組成，實現對脈衝發生器發電瞬間的波形採集，並通 過LabVIEW顯示和存儲；充放電本體是由LC組成的單頻振蕩迴路，實現電容的充電儲能和 電容及電感組成振蕩迴路放電。LabVIEW人機界面與PLC之間以及LabVIEW與採集電路之 間都採用光電隔離，這使得控制系統具有良好的抗幹擾性能，並避免了地電位抬高等因素 可能造成的設備損壞。
[0015] 電弧運動發生裝置可分為充電和放電兩個過程，充電過程：上位機首先向PLC發 送充電指令，PLC收到指令後控制充電開關閉合，使低壓交流電源經變壓器升壓後在經過橋 式整流濾波成低壓直流電源後開始對儲能電容開始充電，儲存電容開始儲存能量。放電過 程：當充電電壓達到設定值時，PLC先控制充電開關斷開，停止充電，然後控制真空開關閉 合，是儲能電容和電感組成的單頻振蕩迴路向負載放電。放電的波形經過採集電路和波形 處理電路後，通過LabVIEW存儲。
[0016] 參見附圖2,電弧運動發生裝置的主電路是由380V三相交流電經過40A斷路 器QS，再經過40A熔斷器，再經過40A接觸器KM，再經過1KT的TSGC2-20KVA 380AT420V 30/27. 5A的新型接觸式調壓器，使它的電壓在(T420V之間連續可調，然後再經過IT的 ZSG-21KVA 400/1500V 30. 3/8. 08A的乾式變壓器，使400V的三相交流電升壓到1500V的三 相交流電，然後再經過三相橋式整流濾波，變成直流電給電容器組C2充電，當衝到所設定 的電壓時，斷開K1，閉合K2,使電容器組C2和電感L組成單頻振蕩迴路向負載放電。
[0017] 參見附圖3,由LabVIEW人機界面設定充電電壓數值，LabVIEW向PLC發送充電指 令，PLC控制D/A轉換模塊，經過D/A轉換模塊到比例積分電路，比例積分電路控制調壓器， 使調壓器輸出合適的電壓，使變壓器升壓到合適的電壓，充電採集系統包括分壓器、差分放 大電路、A/D轉換電路和反向電路。充電電路中電容器組上的電壓經分壓器分壓、差分放大 電路放大、再由A/D轉換電路，將電容器上的電壓值顯示在LabVIEW的監控界面上。充電採 集系統採用閉環反饋的方案消除充電電壓與充電函數的偏差。
[0018] 參見附圖4，DAC7611是一個高性能12位D/A轉換晶片。DAC7611為串行，佔用1/ 〇 口較少，功耗低，性能滿足要求。DAC7611和PLC連接，以及輸出模擬信號的放大電路，具 體的連接是：CS (2腳)與PLC連接做片選信號；CLK (3腳)與PLC連接做時鐘信號；SDI (4 腳）與PLC連接做串行信號輸入口；LD (5腳）與PLC連接做下載選通信號；CLR (6腳）與 PLC連接做異步清零信號。DAC7611輸出電壓信號經放大電路進行放大到電位器調節比例 和積分放大電路。電阻R26、R28、R30、C15與運放U9B組成比例積分電路，電阻R31、R32與 運放U9C組成比例放大電路。
[0019] 參見附圖5,電弧運動發生裝置採用阻容分壓器作為分壓電路，根據阻容分壓器設 計結構，R24為高壓臂電阻，R25為低壓臂電阻，與電容C24和C25並聯成RC網絡實現分壓 功能。低壓調節電路採用線性分壓對直流低壓進行調節，電阻R1、R2與R3組成分壓比可調 的線性分壓電路，R4、C1與R5、C2組成兩路電壓信號的串聯網絡，用於抑制電路中的串模幹 擾。R6、R7和C3組成對稱的並聯網絡，用於抑制電路中的共模幹擾。U1、U2採用電壓隔離 運放AD202,二極體V1、V2、V3和V4反向接入電路中，用於防止浪湧電壓損壞運放。差分放 大電路由差分放大器AD629實現。反向電路的輸入電壓來自差分放大電路的輸出電壓，用 於改變充電反饋電壓的極性，為比例積分電路提供反饋信號。
[0020] 參見附圖6,放電採集單元由脈衝發生器、負載、真空開關、羅氏線圈、NI公司的 9215和9162高速數據採集終端和LabVIEW組成。PLC通過電機控制真空開關，在放電之前， 脈衝發生器處於充電狀態，PLC控制電機使真空開關斷開，電容器組處於充電狀態；充電結 束後，PLC控制電機使真空開關閉合，電容器組上的電壓通過導體瞬間釋放；放電完畢，PLC 再次控制真空開關使迴路斷開。放電採集系統實現對放電信號的採集和顯示。對電壓信號 的採集，系統採用降壓、衰減、採集的方案，即高壓先經分壓器將為低壓，低壓在經衰減後由 NI公司的9215和9162高速數據採集終端採集。對電流信號的採集，系統採用間接測量的 方法：在採集電路中串聯一個阻值很小的精密電阻(分流器)。NI公司的9215和9162高速 數據採集終端，具有16位數據採集系統，能夠對電壓和電流波形進行時間標度，並對波形 幅值、極性、時間等進行平移、上下移動等操作，也可以進行波形比較，還能夠實時讀取各個 通道的測量數據，並在計算機界面上顯示波形曲線。
[0021] 參見附圖7，利用金屬化膜電容器250(^?/2000￥，組成容量0.5?/2000￥，固 有電感小於ΙΟΟηΗ，損耗小於0. 15%的脈衝電容器組。電容器米用兩側固定的方式安 裝在支架上，相鄰支架間採用螺栓固定連接。裝置有4個組架組成，每個組架由45臺 MKMJ2-2500電容器組裝而成，分上中下三層，裝置共計180臺產品。保護電路採用快速熔 斷器，實行分布式保護及接地，保護裝置設置過壓和過流保護，電容器電壓超過設定電壓 後即停止充電。雙邊放電裝置可以在充電過程異常或者試驗結束後通過接地電阻將電容 器剩餘電荷洩露，每組電容器用一組接地裝置；接地裝置均有位置傳感器，接地電阻：200 Ω /組，功率2〇kW，提高設備運行安全性和可靠性。電抗器4組，每組電感10 μ H，結構形 式：空心電抗，對地絕緣電壓lOkVDC，額定電流50kA/50ms，兩端進行結構緊固加強，能夠承 受50ms50KA交流電流應力衝擊，電抗器可串聯或並聯運行，組合不同電感值。
【權利要求】
1. 一種電弧運動發生裝置，其特徵在於：包括監控裝置、控制裝置、採集裝置以及充放 電本體，所述充放電本體設置為由LC組成的單頻振蕩迴路；所述採集裝置包括充電採集單 元和放電採集單元，與充放電本體連接，對充放電本體充電、放電瞬間的波形採集；所述控 制裝置與充放電本體連接，對充放電本體進行充電、放電控制；所述監控裝置分別與控制裝 置以及採集裝置連接，對控制裝置以及採集裝置進行監視和控制。
2. 根據權利要求1所述的電弧運動發生裝置，其特徵在於：所述控制裝置包括PLC控 制器、D/A轉換模塊、比例積分電路、調壓器以及變壓器，所述PLC控制器與監控裝置相連 接，所述D/A轉換模塊與PLC控制器相連接，所述比例積分電路與D/A轉換模塊相連接，所 述調壓器與比例積分電路相連接，所述變壓器與所述調壓器相連接。
3. 根據權利要求2所述的電弧運動發生裝置，其特徵在於：所述充電採集單元包括分 壓電路、差分放大電路、反向電路以及A/D轉換電路，所述分壓電路與所述差分放大電路相 連接，所述反向電路與所述差分放大電路相連接，所述A/D轉換電路與反向電路相連接，所 述監控裝置與所述A/D轉換電路相連接。
4. 根據權利要求3所述的電弧運動發生裝置，其特徵在於：所述放電採集單元包括脈 衝電流發生器、負載、真空開關、羅氏線圈、高速數據採集終端，所述高速數據採集終端與所 述監控裝置相連接。
5. 根據權利要求1或2或3或4所述的電弧運動發生裝置，其特徵在於：所述監控裝 置包括組態王監控和LabVIEW監控界面。
6. 根據權利要求5所述的電弧運動發生裝置，其特徵在於：所述監控裝置與採集裝置 之間、監控裝置與控制裝置之間均設置有光電隔離單元。
【文檔編號】G01R31/00GK104062521SQ201410125121
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】朱翔鷗, 劉星錦, 顧群芳, 陳上挺, 遊穎敏, 吳自然, 葉鵬, 劉剛 申請人:溫州大學