CN103048500A - 浪涌测试用冲击电流发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种浪涌测试用冲击电流发生器，包括控制器、高压直流充电模块、多波形切换模块、用于放置待测样品的测试台、位于多波形切换模块与测试台之间的用于控制其通断的间隙球；气动执行单元，包括气缸和安装于气缸和气源之间的电磁阀，此电磁阀响应来自PLC控制器信号从而驱动气缸内活塞杆运动；状态反馈机构，包括连杆和行程开关，此连杆一端位于所述活塞杆行程内下端且靠近开关组，此连杆另一端安装到行程开关上，此行程开关另一端与所述PLC控制器连接。本发明冲击电流发生器有效避免了I类波形到II类波形转换时的缺陷，大大提高了安全性能并延长了设备的使用寿命；可产生多种波形、提高了器件的利用率并减少了部件组件，大大降低了电容器的部分残余电压所带来的危害。

Description

浪涌测试用冲击电流发生器

技术领域

本发明涉及功率输入变换为浪涌功率输出的技术领域，尤其涉及一种浪涌测试用冲击电流发生器。

背景技术

模拟雷击浪涌电流测试系统，又称冲击电流发生器，是通过储能电容器的瞬时放电形成大电流，对SPD、压敏电阻、防雷箱等防雷保护装置以及器件进行模拟雷击试验，从而验证这些器件是否能满足对雷电引起的大电流、过电压起到吸收和抑制作用，也可用来对电源系统、电子产品等在雷击的环境中的抗干扰能力进行测试和验证；该设备也可用应用于其他科研分析，比如电磁脉冲防护等领域。现有技术是使用不同的仪器分别产生单一波形，试验仪器投资较大，使用也不方便，控制白动化程度不高，而多种波形发生器需要控制的器件多，涉及各个波形模块互锁问题，采用传统的继电器控制模式会人大增加控制难度。

现有冲击电流发生装置存在以下几点技术问题：

1、开关耐压的问题：冲击电流发生器主回路部分（电容器、调波电阻等）是工作在高压环境下，一般充电电压在60kV以上，通常所用的电气开关也无法实现这么高的电压。

2、开关接触点耐电流要求：冲击电流发生器一般输出电流较大，开关必须满足在较大的瞬时电流下触点不会粘连、灼伤，这就要求开关接触点接触性能良好，无表面点接触或者表面线接触，尽量小（无）接触电阻。

3、开关必须要有可靠的反馈信号：在高压的环境下，任何的电气开关都会被击穿、损坏，甚至高压传入控制，导致控制瘫痪。但是，如果只有开关的控制信号而无反馈，系统将无法判断开关的运行状态，在高压设备的运行中是很危险的问题，比如在8/20μs状态下，由于某些原因，其中的某个开关损坏了，本来应该是打开状态，使电容器串联，但此时开关是闭合状态，电容器并联，那么充电的过程还是按照串联的方式充电，即将实际17kV的电容按照60kV的电压充电，此时的电容器肯定会由于耐压无法达到而击穿，甚至爆炸。因此必须解决反馈信号的耐压问题。

发明内容

本发明目的是提供一种浪涌测试用冲击电流发生器，该冲击电流发生器有效避免了I类波形到II类波形转换时的缺陷，大大提高了安全性能并延长了设备的使用寿命；可产生多种波形、提高了器件的利用率并减少了部件组件，大大降低了电容器的部分残余电压所带来的危害。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种浪涌测试用冲击电流发生器，包括控制器、高压直流充电模块、多波形切换模块、用于放置待测样品的测试台、位于多波形切换模块与测试台之间的用于控制其通断的间隙球；

所述PLC控制器，用于产生控制用于波形切换的开关组通断的信号，从而控制所述高压直流充电模块充电和多波形切换模块的波形切换；

所述高压直流充电模块用于对多波形切换模块进行充电；

所述多波形切换模块给测试台提供冲击电流；

气动执行单元，包括气缸和安装于气缸和气源之间的电磁阀，此电磁阀响应来自PLC控制器信号从而驱动气缸内活塞杆运动；

所述多波形切换模块中放电回路包括至少4个第一电容器并联组成的第一电容器单元、与第一电容器单元并联的第一开关组、与所述第一电容器数目相等的第二电容器并联组成的第二电容器单元、与第二电容器单元并联的第二开关组和调波电阻单元；

所述第一电容器单元中第一电容器依次与第二电容器单元中第二电容器串联连接并位于放电回路两端之间，所述第一电容器和第二电容器均由串联的上电容、下电容组成，第一电容器单元中各第一电容器的上电容、下电容之间接点通过第一导线串联，第二电容器单元中各第二电容器的上电容、下电容之间接点通过第二导线串联，第一电容器单元中各下电容与第二电容器单元中各上电容的接点通过第三导线串联；第三导线与第一开关组和第二开关组之间的接点电连接；

所述调波电阻单元包括第一调波电阻组和第二调波电阻组，第一导线一端经第三开关组与第二导线一端连接，第一调波电阻组与所述第三开关组和第二导线的接点之间设置有第四开关组，所述第二电容器单元另一端与第二调波电阻组之间设置有第五开关组；

状态反馈机构，包括连杆和行程开关，此连杆一端位于所述活塞杆行程内下端且靠近开关组，此连杆另一端安装到行程开关上，当气源驱动活塞杆至下端时驱动所述连杆运动从而触发行程开关，此行程开关另一端与所述PLC控制器连接，从而将开关组的当前状态实时传递给PLC控制器。

上述技术方案进一步改进技术方案如下：

1. 上述方案中，所述第一调波电阻组由若干电阻并联组成，所述第二调波电阻组由若干电阻并联组成。

2. 上述方案中，所述第一电容器和第二电容器中电容均采用20kV32μF×2的电容。

3. 上述方案中，所述连接下设有用于其复位的弹性部件，此弹性部件包括上、下挡板和位于上、下挡板之间的弹簧。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1. 本发明浪涌测试用冲击电流发生器，手动切换时，由于需要将电容器的并联和串联连接方式进行切换，切换使用的铜排需要多大20多块，调波电阻需要更换20多块，更换需要消耗时间约30分钟，测试人员如果在测试过程中需要2种波形进行切换，则需要浪费大量的时间在波形切换上。本发明通过重新对多波形切换模块中放电回路进行设计，其提高了器件的利用率并减少了部件组件，大大降低了电容器的部分残余电压所带来的危害，避免操作员接触设备高压部件、增强设备操作安全性，方便了在多种波形之间进行切换，达到操作员在人机界面通过设置可以自动完成波形的切换，从而节约劳动时间、提高劳动效率；同时，只需要再触摸屏上选择波形模式，即可实现自动切换，整个过程只需最多10S即可完成；再次，也不需要人为去接触电容器等高压部件。从而大大提高设备使用的人身安全性能。

2. 本发明浪涌测试用冲击电流发生器，在自动切换中，每个开关组接触点都有反馈信号，如果任何一个切换点未切换到位则系统会检测故障并显示，从而使系统无法运行，保护了设备的安全操作，也降低了操作人员的技术水平需求这样导致操作人员需要较高的高压设备专业技能，也避免操作人员在更换波形状态时容易造成漏换、误换等问题，某些地方的失误（如调波电阻使用错误等）可能会导致输出波形错误，而有些地方的失误（如电容器串并联方式）则会导致安全隐患，比如当需要从I类波形到II类波形转换时，本应为每组4台电容器串联，若操作使用将其中某一台电容器忘记拆除铜排（A点到B点），无形中等同于将这台电容器短接，在充电的时候当充电电压高与于上面电容器时，则可能是上面电容器损坏、甚至爆炸，而本发明有效避免了这种情况的产生。

附图说明

图1是本发明冲击电流发生装置原理示意图一；

图2是本发明冲击电流发生装置原理示意图二；

图3是本发明多波形切换模块结构示意图；

图4是本发明状态反馈机构结构示意图一；

图5是本发明状态反馈机构结构示意图二。

以上附图中：1、测试台；2、放电回路；3、间隙球；4、第一电容器单元；41、第一电容器；411、上电容；412、下电容；5、第二电容器单元；51、第二电容器；6、调波电阻单元；61、第一调波电阻组；62、第二调波电阻组；7、第一导线；8、第二导线；9、第三导线；10、PLC控制器；11、高压直流充电模块；12、多波形切换模块；13、气动执行单元；14、活塞杆；15、状态反馈机构；16、连杆；17、行程开关；18、弹性部件；19、上挡板；20、下挡板；21、弹簧。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：一种浪涌测试用冲击电流发生器，包括PLC控制器10、高压直流充电模块11、多波形切换模块12、用于放置待测样品的测试台1、位于多波形切换模块12与测试台1之间的用于控制其通断的间隙球3；

所述PLC控制器10，用于产生控制用于波形切换的开关组通断的信号，从而控制所述高压直流充电模块11充电和多波形切换模块12的波形切换；

所述高压直流充电模块11用于对多波形切换模块12进行充电；

所述多波形切换模块给测试台1提供冲击电流；

气动执行单元13，包括气缸和安装于气缸和气源之间的电磁阀，此电磁阀响应来自PLC控制器10信号从而驱动气缸内活塞杆14运动；

所述多波形切换模块12中放电回路2包括至少4个第一电容器41并联组成的第一电容器单元4、与第一电容器单元4并联的第一开关组K1、K2、与所述第一电容器41数目相等的第二电容器51并联组成的第二电容器单元5、与第二电容器单元5并联的第二开关组K3、K4和调波电阻单元6；

所述第一电容器单元4中第一电容器41依次与第二电容器单元5中第二电容器51串联连接并位于放电回路2两端之间，所述第一电容器41和第二电容器51均由串联的上电容411、下电容412组成，第一电容器单元4中各第一电容器41的上电容411、下电容412之间接点通过第一导线7串联，第二电容器单元5中各第二电容器51的上电容411、下电容412之间接点通过第二导线8串联，第一电容器单元4中各下电容412与第二电容器单元5中各上电容411的接点通过第三导线9串联；第三导线9与第一开关组K1、K2和第二开关组K3、K4之间的接点电连接；

所述调波电阻单元6包括第一调波电阻组61和第二调波电阻组62，第一导线7一端经第三开关组K5、K6与第二导线8一端连接，第一调波电阻组61与所述第三开关组K5、K6和第二导线8的接点之间设置有第四开关组K7、K8，所述第二电容器单元5另一端与第二调波电阻组62之间设置有第五开关组K9、K10。

状态反馈机构15，包括连杆16和行程开关17，此连杆16一端位于所述活塞杆14行程内下端且靠近开关组，此连杆16另一端安装到行程开关17上，当气源驱动活塞杆14至下端时驱动所述连杆16运动从而触发行程开关17，此行程开关17另一端与所述PLC控制器10连接，从而将开关组的当前状态实时传递给PLC控制器10。

上述第一调波电阻组61由若干电阻并联组成，所述第二调波电阻组62由若干电阻并联组成。

上述第一电容器41和第二电容器42中电容均采用20kV32μF×2的电容。

上述连接22下设有用于其复位的弹性部件24，此弹性部件24包括上、下挡板25、26和位于上、下挡板之间的弹簧27。

本实施例多波形的冲击电流发生器具体工作过程如下：在主回路中，10台电容器，每台电容器内部存在2个电容即电容器芯，每组2台，若要实现8/20放电回路，则需要每组的2台（4个）电容器进行串联，然后5组进行并联，即开关K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8全部打开，K9，K10两个台开关闭合，从而形成总电容量40μF，最高电压80kV，通过R1’～R15’的8/20调波电阻单元放电，可输出标准8/20μs波形。若要实现10/350放电回路，则需要每组的2台（4个）电容器全部并联，5组并联，即开关K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8全部闭合，K9，K10两台开关打开，此时形成总电容量640μF，最高电压20kV，通过R1’～R15’的10/350调波电阻放电，可输出标准10/350μs波形。

气动单元：气动开关选择汽缸作为动作结构，通过压缩空气驱动，与控制单元的连接使用PVC气管连接，从而保证了高压单元与控制单元的电气隔离。

开关触点：采用铜块平面接触，上触头为固定触头，下触头为活动触头，在汽缸压力作用下会自动与上触头完全配合，达到平面接触目的。

反馈信号：当汽缸运行至到位状态后，采用绝缘连杆，将信号传送至机械开关，从而达到高压部分的信号状态监测目的。

采用上述浪涌测试用冲击电流发生器时，其提高了器件的利用率并减少了部件组件，大大降低了电容器的部分残余电压所带来的危害，避免操作员接触设备高压部件、增强设备操作安全性，方便了在多种波形之间进行切换，达到操作员在人机界面通过设置可以自动完成波形的切换，从而节约劳动时间、提高劳动效率。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1. 一种浪涌测试用冲击电流发生器，其特征在于：

包括PLC控制器（10）、高压直流充电模块（11）、多波形切换模块（12）、用于放置待测样品的测试台（1）、位于多波形切换模块（12）与测试台（1）之间的用于控制其通断的间隙球（3）；

所述PLC控制器（10），用于产生控制用于波形切换的开关组通断的信号，从而控制所述高压直流充电模块（11）充电和多波形切换模块（12）的波形切换；

所述高压直流充电模块（11）用于对多波形切换模块（12）进行充电；

所述多波形切换模块给测试台（1）提供冲击电流；

气动执行单元（13），包括气缸和安装于气缸和气源之间的电磁阀，此电磁阀响应来自PLC控制器（10）信号从而驱动气缸内活塞杆（14）运动；

所述多波形切换模块（12）中放电回路（2）包括至少4个第一电容器（41）并联组成的第一电容器单元（4）、与第一电容器单元（4）并联的第一开关组（K1、K2）、与所述第一电容器（41）数目相等的第二电容器（51）并联组成的第二电容器单元（5）、与第二电容器单元（5）并联的第二开关组（K3、K4）和调波电阻单元（6）；

所述第一电容器单元（4）中第一电容器（41）依次与第二电容器单元（5）中第二电容器（51）串联连接并位于放电回路（2）两端之间，所述第一电容器（41）和第二电容器（51）均由串联的上电容（411）、下电容（412）组成，第一电容器单元（4）中各第一电容器（41）的上电容（411）、下电容（412）之间接点通过第一导线（7）串联，第二电容器单元（5）中各第二电容器（51）的上电容（411）、下电容（412）之间接点通过第二导线（8）串联，第一电容器单元（4）中各下电容（412）与第二电容器单元（5）中各上电容（411）的接点通过第三导线（9）串联；第三导线（9）与第一开关组（K1、K2）和第二开关组（K3、K4）之间的接点电连接；

所述调波电阻单元（6）包括第一调波电阻组（61）和第二调波电阻组（62），第一导线（7）一端经第三开关组（K5、K6）与第二导线（8）一端连接，第一调波电阻组（61）与所述第三开关组（K5、K6）和第二导线（8）的接点之间设置有第四开关组（K7、K8），所述第二电容器单元（5）另一端与第二调波电阻组（62）之间设置有第五开关组（K9、K10）； 

状态反馈机构（15），包括连杆（16）和行程开关（17），此连杆（16）一端位于所述活塞杆（14）行程内下端且靠近开关组，此连杆（16）另一端安装到行程开关（17）上，当气源驱动活塞杆（14）至下端时驱动所述连杆（16）运动从而触发行程开关（17），此行程开关（17）另一端与所述PLC控制器（10）连接，从而将开关组的当前状态实时传递给PLC控制器（10）。

2. 根据权利要求1所述的浪涌测试用冲击电流发生器，其特征在于：所述第一调波电阻组（61）由若干电阻并联组成，所述第二调波电阻组（62）由若干电阻并联组成。

3. 根据权利要求1所述的浪涌测试用冲击电流发生器，其特征在于：所述第一调波电阻组（61）由若干电阻并联组成，所述第二调波电阻组（62）由若干电阻并联组成。

4. 根据权利要求1所述的浪涌测试用冲击电流发生器，其特征在于：所述连接（16）下设有用于其复位的弹性部件（18），此弹性部件（18）包括上、下挡板（19、20）和位于上、下挡板之间的弹簧（21）。

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