CN110346712A - 一种等效介质恢复测试电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种等效介质恢复测试电路，包括等效对象模块、交流电源模块、脉冲电压模块及控制模块，其中等效对象模块包括伺服电机与触头单元，交流电源模块包括开关单元与电源单元，脉冲电压模块包括马克思发生器，控制模块包括时序控制器，且控制模块用于发送控制指令控制其他模块有序工作。本发明实施例提供的等效介质恢复测试电路，可以有效地模拟交流条件下，分接开关的介质恢复的物理过程，通过对触头单元的各阶段进行时序化控制与分析，极大的提高了对交流条件下分接开关弧后介质恢复过程的观察精度与测试的效率。
Description
技术领域
本发明涉及电子元件应用领域，尤其涉及一种等效介质恢复测试电路。
背景技术
有载分接开关是否能够成功开断，是电力系统质量保证的重要衡量标准。理想情况下，分接开关在断开后，电流过零，电极之间的电弧熄灭。但实际上，电流过零后电极还会向外蒸发高导电性的金属蒸气、残余的等离子体、金属液滴等粒子等，且经过一定的时间后才能消失，如果分接开关内的介质恢复强度较低的话，会使得弧隙再次击穿，引起电弧重燃，导致开关开断失败。因而分接开关的弧后介质恢复能力是衡量有载分接开关调节过程中是否发生故障的重要指标。
现如今对有载分接开关弧后介质恢复过程的测试方法主要采用将直流电源直接跨接在开关电器的两端，使其在分段过程中产生电弧，通过高压脉冲对其测量。一方面，受各分接开关不同结构影响，将脉冲加载于开关电器的时刻难以精确控制，导致测量的时间延迟存在较大的分散性；其次，对于高频谐波电流下的高频交流介质恢复，测试效果较低，且高频谐波交流下的陡峭的高压脉冲上升沿和连续脉冲群也给测试电路及测试装置的电磁兼容性能提出了较高的要求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够有效模拟交流条件下分接开关的弧后介质恢复过程及对介质恢复特性进行有效测试的等效介质恢复测试电路。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供了一种等效介质恢复测试电路，其包括：等效对象模块、交流电源模块、脉冲电压模块及控制模块。
其中，所述等效对象模块包括触头单元及伺服电机；所述交流电源模块包括开关单元及用于产生交流信号的电源单元；所述脉冲电压模块包括马克思发生器；所述控制模块包括时序控制器。
所述交流电源模块的第一端与所述等效对象模块的第一端连接，用于在所述控制模块的控制下，通过控制所述开关单元的导通，将所述电源单元产生的交流信号发送给所述伺服电机，以使所述伺服电机拉动所述触头单元的触头，形成断口，产生电弧。所述交流电源模块还用于在所述控制模块的控制下，通过控制所述开关单元的截止，以使所述电弧熄灭。
所述脉冲电压模块的第一端与所述等效对象模块的第二端连接，并用于根据所述控制模块的指令，在所述电弧熄灭后，将所述马克思发生器产生的高压脉冲信号发送给所述断口，以使得与所述断口连接的外部的测试设备根据所述断口的击穿程度，检测并计算出以下参数中的至少一种：击穿时的电压值、弧后电流值、弧隙的介质强度及介质强度恢复与时间的关系。
所述控制模块的通信端分别与所述交流电源模块的第二端、所述脉冲电压模块的第二端及所述等效对象模块的第三端连接，用于接收、存储并运行PLC控制算法，并将控制信号有序地发送给所述交流电源模块、所述脉冲电压模块及所述等效对象模块。
作为上述方案的改进，所述伺服电机还用于在所述控制模块的控制下，调整所述触头单元的触头拉动速率。
作为上述方案的改进，所述电源单元包括串联的电容与可调电感。
作为上述方案的改进，所述电源单元用于产生9、11、13次工频的正弦谐波信号。
作为上述方案的改进，所述开关单元包括正向晶闸管、反向二极管、机械开关及信号发生器；
其中，所述正向晶闸管与所述反向二极管并联，所述机械开关、所述正向晶闸管与所述信号发生器串联，所述信号发生器用于根据所述时序控制器的控制信号，控制所述机械开关的打开与关断。
作为上述方案的改进，所述马克思发生器的级数设计为2～10级。
作为上述方案的改进，所述马克思发生器的电压上升率为20KV/μs。
作为上述方案的改进，所述控制模块还包括光电转换单元，用于对所述时序控制器的控制信号进行光电转换，并将转换后的控制信号有序地发送给所述交流电源模块、所述脉冲电压模块及所述等效对象模块。
作为上述方案的改进，所述时序控制器包括控制芯片PIC16F877A。
作为上述方案的改进，所述控制模块由220V市电独立供电。
本发明提供的等效介质恢复测试电路，通过编程算法与参数控制各模块的动作时间，实现精确时序的动作配合，并采用电容与可调节感值的电感生成高频的正弦交流电，采用伺服电机和触头单元的触头模拟有载分接开关的开断过程，当电流过零时，控制脉冲电源对触头单元形成的断口施加高压脉冲，来检测击穿程度，从而完成对弧后介质恢复特性进行研究。本发明提供的等效介质恢复测试电路，可以有效地模拟交流条件下，分接开关的介质恢复的物理过程，通过对触头单元的各阶段进行时序化控制与分析，极大的提高了对交流条件下分接开关弧后介质恢复过程的观察精度与测试的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种等效介质恢复电路的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种等效介质恢复电路的流程结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种等效介质恢复电路各模块的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种开关单元的电路结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种正向晶闸管与反向二极管的时序图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，在说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等仅用于区别相同技术特征的描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，也不一定描述次序或时间顺序。在合适的情况下术语是可以互换的。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
本发明一实施例提供了一种等效介质恢复测试电路，具体的，所述等效介质恢复测试电路包括等效对象模块、交流电源模块、脉冲电压模块及控制模块。其中，所述等效对象模块包括触头单元及伺服电机；所述交流电源模块包括开关单元及用于产生交流信号的电源单元；所述脉冲电压模块包括马克思发生器；所述控制模块包括时序控制器。所述伺服电机可以通过控制转速对触头单元的动、静触头进行拉动，使得动触头与静触头之间的接触断面形成断口，需要说明的是，在本实施例中，断口的数量优选为1个，一般来说，断口越多，触头接触越可靠，运行也就越稳定，具体的断口数量由实际的分接开关的不同结构决定。
在本实施例中，等效对象模块与交流电源模块构成主电路，具体的，请参见图1，为等效介质恢复电路的结构示意图，其中，脉冲电压模块直接并联在等效对象模块的两端，所述交流电源模块内的开关单元、电源单元与等效对象模块串联。
具体的，请参见图2，为等效介质恢复电路的流程结构示意图。测试开始时，在第一阶段S101，根据控制模块内的时序控制器的控制，所述交流电源模块内的电源单元产生交流信号，所述交流电源模块内的开关单元形成闭合的回路，此时主电路流过高频的正弦交流电。
在第二阶段S102，所述等效对象模块接受所述时序控制模块的控制，所述伺服电机转动，进而拉动所述触头单元的动静触头分离，形成断口，在所述断口处，产生电弧。需要说明的是，触头材料选取电阻系数小的材料，使触头本身的电阻尽量减小，在本实施例中，触头材料优选为Cu和CuCr25；其次为了增加触头的接触压力，可以选择在动触头上增设机械弹簧以提高应力。
在第三阶段S103，所述交流电源模块在所述时序控制模块的控制下，接收触发信号，控制其内部的开关单元动作，形成断开的回路，此时，所述主电路内的交流电源模块被隔离，等效对象模块不再接收到交流信号，伺服电机停止转动，断口内的电弧熄灭。
在第四阶段S104，主电路内的交流电源模块被隔离，所述脉冲电压模块在控制模块的控制下，马克思发生器接收触发信号，脉冲电压模块导通，对等效对象模块内的断口施加高压脉冲，从而根据所述断口处的击穿时的电压值、弧后电流值，计算出弧隙的介质绝缘强度，如果弧隙的介质绝缘强度不高，则在施加高压脉冲后，必然产生击穿放电现象或损坏。击穿放电表现为飞弧(表面放电)、火花放电(空气放电)或击穿(击穿放电)现象，然后计算介质强度恢复与时间的关系，以完成对断口处的介质恢复能力的测试。。
显而易见的，所述控制模块内的时序控制器的作用尤为重要，其通过与所述交流电源模块的第二端、所述脉冲电压模块的第二端及所述等效对象模块的第三端连接来进行通信传输，有序的发送控制触发信号。具体的，请参见图3，为等效介质恢复电路各模块的结构示意图。其中所述时序控制器内的控制逻辑在测试前进行设定编写并存储，使得时序控制器可以根据预设的PLC控制算法与逻辑，完成整个电路的测试流程。
在本实施例中，通过编程算法与参数控制各模块的动作时间，实现精确时序的动作配合，并采用交流电源模块生成高频的正弦交流电，采用伺服电机和触头单元的触头模拟有载分接开关的开断过程，当电流过零时，控制脉冲电压模块对触头单元形成的断口施加高压脉冲，来完成弧后介质恢复特性进行研究，从而有效地模拟了交流条件下，分接开关的介质恢复的物理过程，极大的提高了对交流条件下弧后介质恢复过程的观察精度与测试的效率。
优选地，在本实施例中，所述伺服电机还用于在所述控制模块的控制下，调整转子的转速，进而调整所述触头单元的触头拉动速率，实现不同打开速度。
优选地，在本实施例中，请参见图1，所述电源单元包括串联的电容与感值可调节的电感。
优选地，在上述实施例中，所述电容与所述感值可调节的电感能够产生9、11、13次工频的交流正弦谐波信号，施加在所述主电路上，使得主电路流过高频的正弦交流电。
优选地，在本实施例中，请参见图4，为开关单元的电路结构示意图。所述开关单元包括正向晶闸管、反向二极管、机械开关及信号发生器。
其中所述正向晶闸管与所述反向二极管并联，所述机械开关、所述正向晶闸管与所述信号发生器串联，所述信号发生器用于根据所述时序控制器的触发信号，控制所述机械开关的打开与关断，使得所述开关单元形成闭合或断开的回路。具体的，请参见图5，为所述正向晶闸管与所述反向二极管的时序图。
优选地，在本实施例中，所述马克思发生器的级数设计为2～10级。一般情况下，电流过零后，触头间隙中存在的金属蒸气、残余的等离子体、金属液滴等粒子的扩散时间常数通常都在μs级，故需要提高马克思发生器的级数来实现对其施加的高压脉冲效果。
需要说明的是，在实际应用中，介质恢复过程会受到电压脉冲的影响，如果采用更快前沿的电脉冲，将减小电压脉冲对介质恢复的影响，获得更准确的介质恢复特性。但是，更加陡峭的高压脉冲上升沿和连续脉冲群也给控制装置的电磁兼容性能提出了较高的要求。优选地，在本实施例中，所述马克思发生器的电压上升率为20KV/μs，以实现最佳的测试效果。
优选地，在本实施例中，所述控制模块还包括光电转换单元，用于对所述时序控制器的控制信号进行光电转换，并将转换后的控制信号有序地发送给所述交流电源模块、所述脉冲电压模块及所述等效对象模块。
优选地，在本实施例中，考虑到测试的控制精度要求及高频电压脉冲造成的复杂电磁环境，控制电路选用性能稳定、抗干扰能力强的PIC16F877A微控制器作为控制芯片。PIC16F877A自带丰富的外围设备，极大得提高了测试的控制精度，保证了测试电路的稳定性与可靠性。
优选地，在本实施例中，所述控制模块由220V市电独立供电，使得电路控制更为可靠，其所提供三路的触发控制信号，由plc编程依次输出，经光电转换模块控制交流电源模块、等效对象模块与脉冲电压模块依次工作。
本发明提供的等效介质恢复测试电路，通过编程算法与参数控制各模块的动作时间，实现精确时序的动作配合，并采用电容与可调节感值的电感生成高频的正弦交流电，采用伺服电机和触头单元的触头模拟有载分接开关的开断过程，当电流过零时，控制脉冲电源对触头单元形成的断口施加高压脉冲，来检测击穿程度，从而完成对弧后介质恢复特性进行研究。本发明提供的等效介质恢复测试电路，可以有效地模拟交流条件下，分接开关的介质恢复的物理过程，通过对触头单元的各阶段进行时序化控制与分析，极大的提高了对交流条件下分接开关弧后介质恢复过程的观察精度与测试的效率。
以上所揭露的仅为本发明一些较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
Claims (10)
1.一种等效介质恢复测试电路，其特征在于，包括：等效对象模块、交流电源模块、脉冲电压模块及控制模块；
所述等效对象模块包括触头单元及伺服电机；所述交流电源模块包括开关单元及用于产生交流信号的电源单元；所述脉冲电压模块包括马克思发生器；所述控制模块包括时序控制器；
所述交流电源模块的第一端与所述等效对象模块的第一端连接，用于在所述控制模块的控制下，通过控制所述开关单元的导通，将所述电源单元产生的交流信号发送给所述伺服电机，以使所述伺服电机拉动所述触头单元的触头，形成断口，产生电弧；
所述交流电源模块还用于在所述控制模块的控制下，通过控制所述开关单元的截止，以使所述电弧熄灭；
所述脉冲电压模块的第一端与所述等效对象模块的第二端连接，并用于根据所述控制模块的指令，在所述电弧熄灭后，将所述马克思发生器产生的高压脉冲信号发送给所述断口，以使得与所述断口连接的外部的测试设备根据所述断口的击穿程度，检测并计算出以下参数中的至少一种：击穿时的电压值、弧后电流值、弧隙的介质强度及介质强度恢复与时间的关系；
所述控制模块的通信端分别与所述交流电源模块的第二端、所述脉冲电压模块的第二端及所述等效对象模块的第三端连接，用于接收、存储并运行PLC控制算法，并将控制信号有序地发送给所述交流电源模块、所述脉冲电压模块及所述等效对象模块。
2.根据权利要求1所述的等效介质恢复测试电路，其特征在于，所述伺服电机还用于在所述控制模块的控制下，调整所述触头单元的触头拉动速率。
3.根据权利要求1所述的等效介质恢复测试电路，其特征在于，所述电源单元包括串联的电容与可调电感。
4.根据权利要求1所述的等效介质恢复测试电路，其特征在于，所述电源单元用于产生9、11、13次工频的正弦谐波信号。
5.根据权利要求1所述的等效介质恢复测试电路，其特征在于，所述开关单元包括正向晶闸管、反向二极管、机械开关及信号发生器；
所述正向晶闸管与所述反向二极管并联，所述机械开关、所述正向晶闸管与所述信号发生器串联，所述信号发生器用于根据所述时序控制器的控制信号，控制所述机械开关的打开与关断。
6.根据权利要求1所述的等效介质恢复测试电路，其特征在于，所述马克思发生器的级数设计为2～10级。
7.根据权利要求1所述的等效介质恢复测试电路，其特征在于，所述马克思发生器的电压上升率为20KV/μs。
8.根据权利要求1所述的等效介质恢复测试电路，其特征在于，所述控制模块还包括光电转换单元，用于对所述时序控制器的控制信号进行光电转换，并将转换后的控制信号有序地发送给所述交流电源模块、所述脉冲电压模块及所述等效对象模块。
9.根据权利要求1所述的等效介质恢复测试电路，其特征在于，所述时序控制器包括控制芯片PIC16F877A。
10.根据权利要求1所述的等效介质恢复测试电路，其特征在于，所述控制模块由220V市电独立供电。
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