一種精密型直驅電弧發生實驗裝置製造方法
2023-05-13 13:54:41
一種精密型直驅電弧發生實驗裝置製造方法
【專利摘要】一種精密型直驅電弧發生實驗裝置，涉及一種實驗裝置，所述裝置包括：滑動平臺、步進電機、電極與絕緣支架、單片機；滑動平臺通過絲槓連接導軌上的滑塊，固定在絕緣支架上有兩電極；步進電機與絲槓相連，絲槓連接有滑動平臺，滑動平臺上連接有滑塊；電極固定在絕緣支架上，絕緣支架固定在滑動平臺的滑塊上；單片機與步進電機相連接。滑動平臺上的滑塊由兩根在同一直線上的絲槓相接，其中一根絲槓與步進電機轉子轉軸直接相連，另一根絲槓與手動調節裝置相連。本實用新型模擬由於電器設備的電力線路老化或接觸不良所導致的故障電弧發生，提供一種精密的、可靠的、便於實驗操作與實驗數據採集的電弧故障發生裝置。
【專利說明】一種精密型直驅電弧發生實驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種實驗裝置，特別是涉及一種精密型直驅電弧發生實驗裝置。【背景技術】
[0002]實際生活中電器設備由於使用不當或超出使用年限等原因常常造成設備的供電狀況不良引起低壓電弧，如線路老化、點接觸等。然而電弧的能量大，溫度高，危害極大，容易引起火災，危害用戶人身安全，甚至導致爆炸。但由於電弧的間斷性和電力線路的隱蔽性等特點，電弧故障往往不易被用戶察覺，無法得到快速準確的處理。所以對電弧的實驗研究尤為重要。目前實驗室應用的電弧故障發生裝置僅僅可以粗略的模擬故障電弧。具有產生電弧不穩定、設備操作難度大、難以保證實驗精確度、產生電弧模式單一等缺點，使電弧實驗研究中採集到數據的有效性差、離散度高、波形圖中特徵不明顯等。加大了電弧實驗難度，也不利於對電弧特性的理論分析。嚴重影響了對電弧故障的研究效率和研究結果的準確性。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的在於提供一種精密型直驅電弧發生實驗裝置，本實用新型模擬由於電器設備的電力線路老化或接觸不良所導致的故障電弧發生，提供一種精密的、可靠的、便於實驗操作與實驗數據採集的電弧故障發生裝置。
[0004]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的:
[0005]一種精密型直驅電弧發生實驗裝置，所述裝置包括:滑動平臺、步進電機、電極與絕緣支架、單片機；滑動平臺通過絲槓連接導軌上的滑塊，固定在絕緣支架上有兩電極；步進電機與絲槓相連，絲槓連接有滑動平臺，滑動平臺上連接有滑塊；電極固定在絕緣支架上，絕緣支架固定在滑動平臺的滑塊上；單片機與步進電機相連接。
[0006]所述的一種精密型直驅電弧發生實驗裝置，所述滑動平臺上的滑塊由兩根在同一直線上的絲槓相接，其中一根絲槓與步進電機轉子轉軸直接相連，另一根絲槓與手動調節裝置相連。
[0007]所述的一種精密型直驅電弧發生實驗裝置，所述兩電極分別為平頭碳棒電極和尖頭銅棒電極。
[0008]所述的一種精密型直驅電弧發生實驗裝置，所述步進電機與絲槓直接連接。
[0009]本實用新型的優點與效果是:
[0010]本實用新型的步進電機與絲槓直接相連，避免了由於齒輪傳動所產生的誤差，提高了精密度，固有誤差係數穩定；同時便於維護，可在較長時間使用的情況下保證實驗數據的精確性、有效性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型整體結構示意圖。【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖所示實施例，對本實用新型作進一步詳述。
[0013]本實用新型主要結構包括步進電機、電極與絕緣支架、滑動平臺、單片機。
[0014]步進電機:步進電機是由脈衝信號來驅動，並將脈衝信號轉變為電機的角位移的開環控制設備。其特點是在非超載的情況下，步進電機的角位移僅取決於脈衝信號的頻率和脈衝數。通過此特徵可實現該電弧發生器的雙模式，既產生穩定的持續的故障電弧和通過步進電機精確控制使負極往復運動而產生的點接觸故障電弧。其相關計算原理如下:設在標準公頻(50Hz)條件下步進電機每旋轉一圈需要η個脈衝信號來勵磁。本實用新型的另一特別之處在於步進電機轉軸與絲槓直接相連，使步進電機的角位移與絲槓的角位移比為1，優化了由於應用齒輪或其它設備間接傳動所引起的誤差，也減小了製造成本。同時便於計算每個脈衝信號使絲槓傳動距離。具體方法如下:設步進電機轉角ω與絲槓的傳動距離I之間的比例係數為k (k由絲槓本身物理特性決定如螺紋傾斜角、螺紋密度等。在實際使用過程可由實驗測量得到。)，則有:《=k*l ;易得出每個脈衝信號使絲槓傳動距離:1=360/(nk)。帶入具體的參數計算得出本實用新型在每個脈衝信號作用下絲槓傳動距離為0.5mm。
[0015]電極與絕緣支架:正極採用直徑為5.5mm,長為IOOmm的單端尖端銅棒做電極；負極採用直徑為6.4mm長為IOOmm的平頭碳棒做電極，。絕緣支架採用邊長為IOmm的立方體電木材料，並用金具將絕緣支架固定在滑動平臺上，在將兩電極由金具固定在對應的絕緣支架上(實驗時將導線分別固定在兩個電極的接線端子上即可)這樣便形成了電極與絕緣支架結構。其特殊之處如下:首先是電極材料的選用。從物質原子的結構而言，電弧是當外界加到電子上的能量足夠大時，電子克服原子核引力而形成自由電子，自由電子在電場的作用下擊穿絕緣介子放電的現象。其中外界加到電子上使電子產生游離的能量叫做游離能；不同物質的游離能等級不同。碳的游離能等級比銅低，在相同情況下碳棒更加容易產生電弧，但若兩電極均採用碳棒則電弧反應過於劇烈，難以控制；而兩電極均採用銅棒則電弧不易發生且不穩定。其次是電極形狀的選擇。在該電弧故障發生裝置工作時，兩電極觸頭斷開過程，觸頭間的接觸面積減小，接觸點的電阻、電流密度增加，導致接觸面溫度局部升高，損耗碳棒。而由於銅棒的頂端為錐形，故在碳棒接觸點會出現與銅棒頂端相似的微小錐形凹陷，這個微小的凹陷增加了電極間的相對面積，適當改善了電場的分布狀況，使兩電極之間產生更佳穩定持續的電弧。
[0016]滑動平臺:在金屬固定架上架設兩根平行導軌，然後在導軌上套兩個滑塊，兩滑塊分別與兩根在同一直線上可分別控制的絲槓相連接。其中一根絲槓與步進電機轉軸相連接，另一根絲槓與手動調節裝置連接。其中，平行導軌起支撐與固定作用，減小了由於重力影響而產生的絲杆傳動摩擦，同時也使兩電極之間的接觸更加穩定、可靠；手動調節裝置是用於調節陽極位置，使電弧的發生點恰好處於理想的觀測位置，便於用其他物理設備採集電弧的物理特性。
[0017]單片機:本設計採用PIC18F4520型單片機，其性能參數如下:內存類型:flash ；程序內存(kb):32 ;可自寫；EEPM數據存儲器:256 ;RAM:1536。其優點在於該單片機採用模塊化程序，價格便宜，程序編寫基於C語言。
[0018]滑動平臺通過絲槓控制導軌上的滑塊，從而控制固定在絕緣支架上的兩電極間距；步進電機與絲槓相連，精準控制絲槓旋轉，絲槓旋轉為滑動平臺上滑塊滑動提供動力；電極固定在絕緣支架上，絕緣支架通過金具固定在滑動平臺的滑塊上；單片機用於為步進電機提供脈衝信號。滑動平臺上的滑塊由兩根在同一直線上的絲槓控制，其中一根絲槓與步進電機轉子轉軸直接相連，另一根絲槓與手動調節裝置相連。兩電極分別採用平頭碳棒和尖頭銅棒，兩電極位置均可移動。絕緣支架的絕緣材料採用電木，並由金具固定。滑塊由兩平行導軌支撐，並分別與兩絲槓相連接。通過對單片機的合理編程、步進電機與絲槓的直接連接，可使該裝置產生兩種形式的電弧，分別為持續故障電弧和點接觸故障電弧。
[0019]實施例:
[0020]圖中:前導軌1、後導軌2、碳棒電極絕緣支架3、銅棒電極絕緣支架4、平頭碳棒電極5、尖頭銅棒電極6、碳棒電極滑塊7、銅棒電極滑塊8、碳棒電極滑塊絲槓9、銅棒電極滑塊絲槓10、底板11、手動調節裝置12、步進電機13。
[0021]本實用新型滑動平臺包括底板11，底板11上設置兩平行前導軌1、後導軌2，導軌上設置兩碳棒電極滑塊7、銅棒電極滑塊8，並分別與碳棒電極滑塊絲槓9、銅棒電極滑塊絲槓10相連，碳棒電極滑塊絲槓9與步進電機13直接相連；銅棒電極滑塊絲槓10與手動調節裝置直接相連。電極與絕緣支架結構包括碳棒電極絕緣支架3、銅棒電極絕緣支架4及平頭碳棒電極5、尖頭銅棒電極6、碳棒電極滑塊7、銅棒電極滑塊8 ；其中平頭碳棒電極5固定在碳棒電極絕緣支架3上，碳棒電極絕緣支架3固定在碳棒電極滑塊7上；尖頭銅棒電極6固定在銅棒電極絕緣支架4上,銅棒電極絕緣支架4固定在銅棒電極滑塊8上。絕緣支架結構通過滑塊與滑動平臺連接。步進電機13由單片機控制，為滑動平臺上的碳棒電極滑塊7滑動提供驅動力。
[0022]本實用新型的工作原理:在接通電源前將電源線的進線端與出線端分別固定在尖頭銅棒電極6和平頭碳棒電極5上，通過步進電機13控制平頭碳棒電極5的位置，通過手動調節裝置12調節尖頭銅棒電極6位置，使之便於實驗的觀測、取樣。接通電源通過單片機控制步進電機13,使步進電機13產生精準的角位移,通過步進電機轉子轉軸與碳棒電極滑塊絲槓9直接相連，碳棒電極滑塊絲槓9又與碳棒電極滑塊7相連，通過碳棒電極滑塊絲槓9將步進電機13的角位移精準的轉化為碳棒電極滑塊7的直線位移，從而精密控制兩電極的間隙。通過對單片機的編程，控制步進電機13的角位移使電極間隙保持一定的距離即可產生穩定的持續的電弧；同樣，通過對單片機的編程可使步進電機13往復運動產生點接觸電弧，這樣便實現了本實用新型的雙模式。
【權利要求】
1.一種精密型直驅電弧發生實驗裝置，其特徵在於，所述裝置包括:滑動平臺、步進電機、電極與絕緣支架、單片機；滑動平臺通過絲槓連接導軌上的滑塊，固定在絕緣支架上有兩電極；步進電機與絲槓相連，絲槓連接有滑動平臺，滑動平臺上連接有滑塊；電極固定在絕緣支架上，絕緣支架固定在滑動平臺的滑塊上；單片機與步進電機相連接。
2.根據權利要求1所述的一種精密型直驅電弧發生實驗裝置，其特徵在於，所述滑動平臺上的滑塊由兩根在同一直線上的絲槓相接，其中一根絲槓與步進電機轉子轉軸直接相連，另一根絲槓與手動調節裝置相連。
3.根據權利要求1所述的一種精密型直驅電弧發生實驗裝置，其特徵在於，所述兩電極分別為平頭碳棒電極和尖頭銅棒電極。
4.根據權利要求1所述的一種精密型直驅電弧發生實驗裝置，其特徵在於，所述步進電機與絲槓直接連接。
【文檔編號】G01R31/00GK203535135SQ201320635101
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年10月15日 優先權日:2013年10月15日
【發明者】鮑潔秋, 樸明卓, 藺鵬偉, 趙旭東 申請人:瀋陽工程學院