CN105891615B - 绝缘子表面电荷测量实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绝缘子表面电荷测量实验装置，所述绝缘子旋转机构包括转盘轴承、蜗轮、蜗杆和第一驱动机构，所述转盘轴承的内圈与所述蜗轮连接，所述转盘轴承的轴线与所述蜗轮的轴线平行，所述蜗轮用于连接绝缘子，所述蜗杆与所述蜗轮啮合，所述第一驱动机构与所述蜗杆连接。所述绝缘子表面电荷测量实验装置，能够实现对绝缘子的360°旋转控制，配合探头扫描测量机构对绝缘子表面实施扫描测量，简化探头扫描测量机构的运动控制，为绝缘子表面测量实验研究提供新的实验手段。

Description

绝缘子表面电荷测量实验装置

技术领域

本发明涉及电力系统中设备内绝缘研究领域，尤其涉及一种绝缘子表面电荷测量实验装置。

背景技术

气体绝缘电气设备是电力系统中应用较为广泛的装置，相比于传统敞开式配电设备，其具有运行可靠、占用空间小、不受外界环境影响等优势。电力系统的气体绝缘电气设备中，需要用到大量的绝缘件如盆式的支撑绝缘子。气体绝缘电气设备在运行期间，尤其是在直流电压的作用下，气体绝缘电气设备内部的支撑绝缘子表面易积聚大量电荷，导致沿面闪络特性下降。因此，需要对绝缘子表面电荷集聚现象进行研究，探究绝缘子表面电荷的分布规律。传统的，使用探头扫描测量机构对绝缘子表面进行扫描测量，通过测量探头运动对绝缘子表面扫描测量，探头扫描测量机构的动作控制较为复杂，精度不易控制。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种能够使绝缘子旋转360°，进而与探头扫描测量机构配合以简化探头扫描测量机构的控制复杂度，测量精度容易控制的绝缘子表面电荷测量实验装置。

其技术方案如下：

一种绝缘子旋转机构，包括转盘轴承、蜗轮、蜗杆和第一驱动机构，所述转盘轴承的内圈与所述蜗轮连接，所述转盘轴承的轴线与所述蜗轮的轴线平行，所述蜗轮用于连接绝缘子，所述蜗杆与所述蜗轮啮合，所述第一驱动机构与所述蜗杆连接。

在其中一个实施例中，所述第一驱动机构为步进电机或伺服电机。

在其中一个实施例中，所述绝缘子旋转机构还包括与所述第一驱动机构电性连接的控制系统，所述控制系统用于控制所述第一驱动机构的旋转运动方向、旋转速度以及旋转角度。

一种绝缘子表面电荷测量实验装置，包括内部设有中空腔体的腔体外壳、探头扫描测量机构以及上述所述的绝缘子旋转机构，所述探头扫描测量机构和绝缘子旋转机构安装于所述腔体外壳的中空腔体中，所述探头扫描测量机构与所述绝缘子旋转机构相对设置，所述转盘轴承的外圈与所述腔体外壳的内壁连接。

在其中一个实施例中，所述探头扫描测量机构包括旋转驱动机构、直线驱动机构、探头支架以及测量探头，所述旋转驱动机构的输出轴与所述直线驱动机构的运动轴连接，所述探头支架的第一端与所述直线驱动机构连接，所述探头支架的第二端与所述测量探头连接，所述测量探头的测量中心与绝缘子的待测表面相对。

在其中一个实施例中，所述探头扫描测量机构还包括探头旋转座，所述探头旋转座安装在所述探头支架的第二端，所述探头旋转座能够沿一A轴转动，所述测量探头安装在所述探头旋转座上，所述测量探头能够沿与A轴相交的另一B轴转动。

在其中一个实施例中，安装在所述蜗轮上的绝缘子的轴线与所述蜗轮的轴线平行，所述直线驱动机构的运动轴的轴线与安装后的绝缘子的轴线平行，所述A轴平行于所述直线驱动机构的运动轴的轴线，所述B轴与所述A轴垂直正交。

在其中一个实施例中，所述探头支架的第一端与所述测量探头的测量中心之间的直线连线长度与绝缘子的外缘半径长度相等。

在其中一个实施例中，所述探头支架与所述腔体外壳的内壁轮廓相匹配。

在其中一个实施例中，所述腔体外壳为气密金属罐体。

本发明的有益效果在于：

所述绝缘子旋转机构，通过设置转盘轴承，转盘轴承的外圈不动，转盘轴承的内圈能够相对转盘轴承的外圈转动，将蜗轮安装转盘轴承的内圈上，绝缘子安装在蜗轮上，转盘轴承的内圈、蜗轮以及绝缘子可以共同旋转。在第一驱动机构的驱动作用下，蜗杆将动力传递至蜗轮上，即可控制蜗轮上的绝缘子进行360°旋转。所述绝缘子旋转机构结构简单、能够实现对绝缘子的360°旋转控制，可以配合探头扫描测量机构对绝缘子表面实施扫描测量，简化探头扫描测量机构的运动控制，为绝缘子表面测量实验研究提供新的实验手段。

所述绝缘子表面电荷测量实验装置，绝缘子的旋转控制与探头扫描测量机构的运动控制是分离的，探头扫描测量机构运动控制时无需设计绝缘子的旋转运动，探头扫描测量机构的运动控制较为简单，测量精度容易控制。

附图说明

图1为本发明实施例所述的绝缘子旋转机构的剖面示意图；

图2为本发明实施例所述的探头扫描测量机构的结构示意图。

附图标记说明：

10、腔体外壳，20、绝缘子旋转机构，210、转盘轴承，212、外圈，214、内圈，220、蜗轮，230、蜗杆，240、第一驱动机构，30、探头扫描测量机构，310、旋转驱动机构，312、输出轴，320、直线驱动机构，322、运动轴，330、探头支架，340、测量探头，350、探头旋转座，100，绝缘子。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明：

如图1、图2所示，一种绝缘子表面电荷测量实验装置，包括内部设有中空腔体的腔体外壳10、绝缘子旋转机构20以及探头扫描测量机构30。所述探头扫描测量机构30和绝缘子旋转机构20安装于所述腔体外壳10的中空腔体中，所述探头扫描测量机构30与所述绝缘子旋转机构20相对设置。具体的，所述腔体外壳10为气密金属罐体，能够维持中空腔体中气体组分环境并承受一定气压，保证中空腔体中的气体环境达到实验环境要求。

如图1所示，所述绝缘子旋转机构20包括转盘轴承210、蜗轮220、蜗杆230和第一驱动机构240，所述转盘轴承210的外圈212与所述腔体外壳10的内壁连接，所述转盘轴承210的内圈214与所述蜗轮220连接，所述转盘轴承210的轴线与所述蜗轮220的轴线平行，所述蜗轮220用于连接绝缘子100，所述蜗杆230与所述蜗轮220啮合，所述第一驱动机构240与所述蜗杆230连接。绝缘子100安装在蜗轮220上进行测量实验时，绝缘子100的轴线与蜗轮220的轴线平行，进而使绝缘子100能够沿其轴线旋转。本实施例中，所述转盘轴承210、蜗轮220以及安装后的绝缘子100的轴线重合。转盘轴承210的外圈212可以通过焊接、螺栓连接等方式与腔体外壳10连接，蜗轮220可以通过螺栓连接等方式与转盘轴承210的内圈214连接，绝缘子100可以通过螺栓连接等方式与蜗轮220连接。

本实施例中，所述第一驱动机构240为步进电机或伺服电机，可实现对绝缘子100的旋转电动控制，控制精度高。所述绝缘子旋转机构20还包括与所述第一驱动机构240电性连接的控制系统，所述控制系统用于控制所述第一驱动机构240的旋转运动方向、旋转速度以及旋转角度，进而能够精确控制绝缘子100的旋转运动，与探头扫描测量机构30配合，保证绝缘子100的表面电荷测量的精确性。

所述绝缘子旋转机构20，通过设置转盘轴承210，转盘轴承210的外圈212与腔体外壳10固定不动，转盘轴承210的内圈214能够相对转盘轴承210的外圈212转动，将蜗轮220安装转盘轴承210的内圈214上，绝缘子100安装在蜗轮220上，转盘轴承210的内圈214、蜗轮220以及绝缘子100可以共同旋转。在第一驱动机构240的驱动作用下，蜗杆230将动力传递至蜗轮220上，蜗轮220绕其自身轴线转动，即可控制蜗轮220上的绝缘子100绕其自身轴线进行360°旋转。所述绝缘子旋转机构20巧妙采用转盘轴承，结构简单、能够实现对绝缘子100的360°旋转控制，可以配合探头扫描测量机构30对绝缘子100表面实施扫描测量，简化探头扫描测量机构30的运动控制，为绝缘子100表面测量实验研究提供新的实验手段。

如图2所示，所述探头扫描测量机构30包括旋转驱动机构310、直线驱动机构320、探头支架330以及测量探头340，所述旋转驱动机构310的输出轴312与所述直线驱动机构320的运动轴322连接，所述探头支架330的第一端与所述直线驱动机构320连接，所述探头支架330的第二端与所述测量探头340连接，所述测量探头340的测量中心与绝缘子100的待测表面相对，旋转驱动机构310与腔体外壳10的内壁连接。本实施例中，所述旋转驱动机构310为旋转电机，所述直线驱动机构320为直线电机，具体的，旋转电机与直线电机可以为伺服电机或步进电机，控制精度高。

所述旋转驱动机构310可带动直线驱动机构320绕运动轴322的轴线作旋转运动，直线驱动机构320能够沿其自身的运动轴322作直线运动，进而能够带动探头支架330运动，实现探头支架330上的测量探头340的运动控制。通过旋转驱动机构310、直线驱动机构320的驱动，测量探头340能够沿绝缘子100的外缘逐渐向内圈移动，且测量探头340与绝缘子100之间的检测距离能够改变，配合绝缘子100的转动，能够实现对绝缘子100表面的全覆盖扫描测量。所述探头扫描测量机构30能够与绝缘子旋转机构20配合使用，探头扫描测量机构30进行扫描运动设计时，无需额外设计绝缘子100的旋转控制，测量探头340的运动控制较为简单。扫描测量结束以后，可以将探头支架330旋转，使探头支架330贴近腔体外壳10的内壁，占用空间小。所述探头扫描测量机构30能够实现对绝缘子表面的全覆盖扫描测量，运动控制较为简单，结构简单、连接紧凑，安装在实验装置内时空间占用体积小、不会增大腔体外壳10的体积，装置耗气量少，节省实验时间。

本实施例中，所述探头支架330与所述腔体外壳10的内壁轮廓相匹配。当扫描测量结束以后，将探头支架330旋转使其贴近腔体外壳10的内侧时，探头支架330能够与腔体外壳10内壁较紧密的贴合，进一步节省空间、减少空间占用。本实施例中，腔体外壳10为气密金属罐体，所述探头支架330相应地呈圆弧形。

所述探头扫描测量机构30还包括探头旋转座350，所述探头旋转座350安装在所述探头支架330的第二端，所述探头旋转座350能够沿一A轴转动，所述测量探头340安装在所述探头旋转座350上，所述测量探头340能够沿与A轴相交的另一B轴转动。具体的，探头旋转座350与测量探头340的旋转可通过其自带的驱动电机驱动实现。通过设置探头旋转座350，探头旋转座350自身能够绕A轴旋转，测量探头340的位置会随着探头旋转座350的旋转而移动，且测量探头340自身又能够绕B轴旋转，进而能够保证测量探头340在各个测量位置时均正对待测绝缘子100的表面，不会出现测量盲区、测量结果精确。

本实施例中，安装在所述蜗轮220上的绝缘子100的轴线与所述蜗轮220的轴线平行，所述直线驱动机构320的运动轴322的轴线与安装后的绝缘子100的轴线平行，所述A轴平行于所述直线驱动机构320的运动轴322的轴线，所述B轴与所述A轴垂直正交。采用上述设置，一方面能够简化测量探头340的运动控制，测量探头340通过较为简单的算法控制即可与绝缘子100的表面正对，另一方面，B轴与A轴垂直正交，能够有效调整测量探头340的测量中心位置，使测量探头340在不同位置能够始终正对待测绝缘子100的表面。

所述探头支架330的第一端与所述测量探头340的测量中心之间的直线连线长度与绝缘子100的外缘半径长度相等。进而，初始安装本实施例所述的探头扫描测量机构30时，可将探头支架330的第一端与绝缘子100的外缘的某一点正对，测量探头340的测量中心与绝缘子100的外缘的另一点相对。当测量过程中测量探头340由绝缘子100的外缘逐渐向内圈移动时，测量探头340能够沿着一段中心角为60°的圆弧移动，依次到达每一个测量位置。当测量探头340移动至与绝缘子100的中心相对时，即完成了对绝缘子100的全覆盖扫描测量。图2中示意出了绝缘子100的待测投影面，其中R点表示测量探头340初始设置位置，O点表示测量结束时测量探头340的设置位置，圆弧RO表示测量过程中测量探头340的移动轨迹。本实施例的探头扫描测量机构30测量时，也可以O点为测量初始点，以R点为测量终点，测量的顺序并不受限制。所述探头扫描测量机构30测量路径规划合理，运动控制简单精确。

本实施例所述的绝缘子表面电荷测量实验装置的工作过程如下：将绝缘子100安装在蜗轮220上，将探头支架330的第一端与绝缘子100的外缘的某一点正对，测量探头340的测量中心与绝缘子100的外缘的另一点相对。旋转驱动机构310控制测量探头340从绝缘子100的外缘逐渐向内圈沿着圆弧移动，依次到达每一个测量位置。测量探头340每位于一个测量位置时，直线驱动机构320控制测量探头340与绝缘子100的表面保持需要的测量距离，探头旋转座350与测量探头340转动以使测量探头340正对绝缘子100的表面，绝缘子100旋转装置控制绝缘子100旋转一圈，测量探头340完成在该测量位置时对绝缘子100一圈的电荷测量。当测量探头340移动至绝缘子100的中心时，即完成了对绝缘子100的全覆盖精确扫描测量。测量完成后，可将探头支架330旋转使其贴近腔体外壳10的内侧，节省空间、减少空间占用。所述绝缘子表面电荷测量实验装置，绝缘子100的旋转控制与探头扫描测量机构30的运动控制是分离的，探头扫描测量机构30运动控制时无需设计绝缘子100的旋转运动，探头扫描测量机构30结构简单，运动控制较为简单、精度容易控制、检测精确，且体积较小，装置耗气量少，节省实验时间。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种绝缘子表面电荷测量实验装置，其特征在于，包括内部设有中空腔体的腔体外壳、探头扫描测量机构以及绝缘子旋转机构，所述绝缘子旋转机构包括转盘轴承、蜗轮、蜗杆和第一驱动机构，所述转盘轴承的内圈与所述蜗轮连接，所述转盘轴承的轴线与所述蜗轮的轴线平行，所述蜗轮用于连接绝缘子，所述蜗杆与所述蜗轮啮合，所述第一驱动机构与所述蜗杆连接；所述探头扫描测量机构和绝缘子旋转机构安装于所述腔体外壳的中空腔体中，所述探头扫描测量机构与所述绝缘子旋转机构相对设置，所述转盘轴承的外圈与所述腔体外壳的内壁连接；所述探头扫描测量机构包括旋转驱动机构、直线驱动机构、探头支架以及测量探头，所述旋转驱动机构的输出轴与所述直线驱动机构的运动轴连接，所述探头支架的第一端与所述直线驱动机构连接，所述探头支架的第二端与所述测量探头连接，所述测量探头的测量中心与绝缘子的待测表面相对，所述旋转驱动机构为旋转电机。

2.根据权利要求1所述的绝缘子表面电荷测量实验装置，其特征在于，所述探头扫描测量机构还包括探头旋转座，所述探头旋转座安装在所述探头支架的第二端，所述探头旋转座能够沿一A轴转动，所述测量探头安装在所述探头旋转座上，所述测量探头能够沿与A轴相交的另一B轴转动。

3.根据权利要求2所述的绝缘子表面电荷测量实验装置，其特征在于，安装在所述蜗轮上的绝缘子的轴线与所述蜗轮的轴线平行，所述直线驱动机构的运动轴的轴线与安装后的绝缘子的轴线平行，所述A轴平行于所述直线驱动机构的运动轴的轴线，所述B轴与所述A轴垂直正交。

4.根据权利要求1所述的绝缘子表面电荷测量实验装置，其特征在于，所述探头支架的第一端与所述测量探头的测量中心之间的直线连线长度与绝缘子的外缘半径长度相等。

5.根据权利要求1-4任一项所述的绝缘子表面电荷测量实验装置，其特征在于，所述探头支架与所述腔体外壳的内壁轮廓相匹配。

6.根据权利要求1-4任一项所述的绝缘子表面电荷测量实验装置，其特征在于，所述腔体外壳为气密金属罐体。

7.根据权利要求1所述的绝缘子表面电荷测量实验装置，其特征在于，所述第一驱动机构为步进电机或伺服电机。

8.根据权利要求7所述的绝缘子表面电荷测量实验装置，其特征在于，还包括与所述第一驱动机构电性连接的控制系统，所述控制系统用于控制所述第一驱动机构的旋转运动方向、旋转速度以及旋转角度。