CN111537852A - 高精度交直流电弧测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度交直流电弧测试装置，包括背板和底座，所述背板上固定安装插座，所述插座连接电源，所述底座上固定安装伺服电机，所述伺服电机的输出轴通过联轴器与滚珠丝杆一端连接，所述滚珠丝杆的另一端安装在丝杆支撑座上，所述滚珠丝杆上安装螺母座，所述螺母座上固定安装滑块，所述滑块上固定安装插头，所述插头与插座对齐，并保证插头沿着丝杆移动可插入插座。本发明的有益效果是，操作简单，适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及故障电弧检测领域，特别是一种高精度交直流电弧测试装置。
背景技术
日常生活中，家用电器通过插头插座的插拔动作通断电，通断电过程中插头和插座间可能产生不同亮度的可视“火花”，这些火花可能会造成火灾等安全隐患，影响我们的生命财产安全，因此，研究插座电弧的产生、生长机理，复现插座直流拉弧和交流拉弧现象，全程观测燃弧过程的电压和电流。通过试验研究，确定影响拉弧的关键因素，有助于从插座的结构和材料改善性能，增加插座的安全性，降低安全隐患。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种高精度交直流电弧测试装置。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种高精度交直流电弧测试装置，包括背板和底座，所述背板上固定安装插座，所述插座连接电源，所述底座上固定安装伺服电机，所述伺服电机的输出轴通过联轴器与滚珠丝杆一端连接，所述滚珠丝杆的另一端安装在丝杆支撑座上，所述滚珠丝杆上安装螺母座，
所述螺母座上固定安装滑块，所述滑块上固定安装插头，所述插头与插座对齐，并保证插头沿着丝杆移动可插入插座；
还包括高速摄像机，所述高速摄像机的镜头对准插座的插孔，所述高速摄像机采集插头插入或拔出插座所产生的电火花图像，所述高速摄像机与工控机连接并向工控机传输采集的电火花图像；
在插座电源的火线上安装霍尔电流传感器，在插头和插座的零、火线之间均安装霍尔电压传感器；
所述霍尔电流传感器与霍尔电压传感器均与高速数据采集卡的信号输入连接，所述霍尔电流传感器与霍尔电压传感器均向高速数据采集卡传输信号，所述高速数据采集卡的输出与工控机的信号输入连接。
所述工控机采用Labview作为界面编程语言，设计墙壁插座电弧测试装置的人机交互界面。
所述工控机的界面中建立基于实时插座电源电压采集数据的插拔起动时刻电源电压和相位角计算模型。
所述基于实时插座电源电压采集数据的插拔起动时刻电源电压和相位角计算模型是利用labview系统自带的Express-VI模块中的单频测量得出电源电压的频率、幅值和有效值。
所述工控机的界面中建立基于插座电源电压和插头插座相对距离的插拔启动协同控制的模型。
所述基于插座电源电压和插头插座相对距离的插拔启动协同控制的计算模型是以交流电弧试验为例s＝v*t，其中s为插头插入插座运动的距离，v为插头插入插座的运动速度，当检测到电源电压到到目标电压时，控制电机开始运动，为了使插头插入插座时恰好是目标电压时刻，应使t为交流电源周期0.02s的正整数倍。
所述插头连接用电负载。
所述伺服电机通过驱动器连接交流电源，所述驱动器的信号输入连接控制器的信号输出。
有益效果
利用本发明的技术方案制作的高精度交直流电弧测试装置，其优点如下：
1.可以测试出不同电压下何种触头距离电弧燃烧最剧烈，为提出抑制电弧的方案提供数据支撑；
2.装置操作简单，适于多种不同电压条件，不仅能测试家庭用插座，对于一些工况的插座或者较高电压插座也适用；
3.装置可采集的信息丰富，包括电弧电压、电流、电弧图片以及电弧燃烧时的电源电压波动，有利于数据积累和理论分析。
附图说明
图1是本发明所述高精度交直流电弧测试装置的结构示意图；
图2是本发明所述高精度交直流电弧测试装置的原理图；
图3是本发明所述高精度交直流电弧测试装置的电弧电压电流检测原理图；
图中，1、背板；2、底座；3、插座；4、伺服电机；5、联轴器；6、滚珠丝杆；7、丝杆支撑座；8、螺母座；9、插头；10、高速摄像机； 11、霍尔电流传感器；12、霍尔电压传感器；13、滑块；14、负载； 15、高速数据采集卡；16、工控机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-3所示，本申请的创造点在于，一种高精度交直流电弧测试装置，包括背板1和底座2，所述背板上固定安装插座3，所述插座连接电源，所述底座上固定安装伺服电机4，所述伺服电机的输出轴通过联轴器5与滚珠丝杆6一端连接，所述滚珠丝杆的另一端安装在丝杆支撑座7上，所述滚珠丝杆上安装螺母座8，
所述螺母座上固定安装滑块13，所述滑块上固定安装插头9，所述插头与插座对齐，并保证插头沿着丝杆移动可插入插座；
还包括高速摄像机10，所述高速摄像机的镜头对准插座的插孔，所述高速摄像机采集插头插入或拔出插座所产生的电火花图像，所述高速摄像机与工控机16连接并向工控机传输采集的电火花图像；
在插座电源的火线上安装霍尔电流传感器11，在插头和插座的零、火线之间均安装霍尔电压传感器12；
所述霍尔电流传感器与霍尔电压传感器均与高速数据采集卡15的信号输入连接，所述霍尔电流传感器与霍尔电压传感器均向高速数据采集卡传输信号，所述高速数据采集卡的输出与工控机的信号输入连接。
本技术方案采用的电子器件包括：
伺服电机机器配套的驱动器和控制器；
高速摄像机：选取何种类型的高速摄像机；
在本技术方案实施的过程中，本领域人员需要将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器，以满足控制需求，具体连接以及控制顺序，应参考下述工作原理中，各电气件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不在对电气控制做说明。
在本技术方案中，采用工控机作为监控中心、Labview作为界面编程语言，设计墙壁插座电弧测试装置的人机交互界面，建立基于实时插座电源电压采集数据的插拔起动时刻电源电压及其相位角计算模型，建立基于插座电源电压和插头插座相对距离的插拔启动协同控制的模型，设计试验工作时序；通过伺服电机、丝杆以及滑块的组合执行插头和插座的插拔动作、实现插拔过程模拟；同时采用高速数据采集板卡采集插拔过程中电信号变化，进而实现后续的研究和运算。
在本技术方案中，通过调节电机的转数控制电机的行程实现电弧间隙可控制，可以展示稳定的电弧燃烧过程，可通过调节电弧间隙和电压水平，研究不同间隙下、不同电压下电弧的起弧、燃烧、熄弧过程，同时通过高速摄像机拍摄、研究电弧的生长等情形；通过调节电机的转速改变插头插拔速度，从而实现研究不同插拔速度对燃弧过程的影响；通过电压数值及其相位角检测值，同步触发测录电弧的电压、电流及图像，同时对插头行程和电源电压进行协同控制，实现交流电源在指定相位角时达到指定的插拔位置。
作为优选方案，更进一步的，所述工控机采用Labview作为界面编程语言，设计墙壁插座电弧测试装置的人机交互界面。
作为优选方案，更进一步的，所述工控机的界面中建立基于实时插座电源电压采集数据的插拔起动时刻电源电压和相位角计算模型；基于实时插座电源电压采集数据的插拔起动时刻电源电压和相位角计算模型是利用labview系统自带的Express-VI模块中的单频测量得出电源电压的频率、幅值和有效值。
作为优选方案，更进一步的，所述工控机的界面中建立基于插座电源电压和插头插座相对距离的插拔启动协同控制的模型是以交流电弧试验为例s＝v*t，其中s为插头插入插座运动的距离，v为插头插入插座的运动速度，当检测到电源电压到到目标电压时，控制电机开始运动，为了使插头插入插座时恰好是目标电压时刻，应使t为交流电源周期0.02s的正整数倍。
作为优选方案，更进一步的，所述插头连接用电负载。
作为优选方案，更进一步的，所述伺服电机通过驱动器连接交流电源，所述伺服电机的控制器的信号输出连接驱动器的信号输入。
本申请技术方案测试的过程如下：
在交流220V、相角30度的条件下，插头和插座的插拔电弧测试步骤如下：
(1)检查设备是否完好，并安全启动工控机，检查labview界面是否能正常运行；
(2)取下摄像头遮盖，测试相机的功能，并适当调整相机焦距使得成像清晰；
(3)接通电机电源，采用工控机控制电机，测试电机行动是否正常，测试电机的启动、停止、相位启动功能是否正常。
(4)接通交流插座电源，测试电源输出值是否正常。
(5)在工控机的操作界面上按下启动按钮，电机会在行进到指定位置停下；点击设置目标相位角，在操作界面上按下前进按钮，开启插入过程、直至完全插入插座；插头插入插座的过程中，测录电弧电压、电流数值和电弧图像，分别输出为txt和mp4格式的文件；
(6)待通电一段时间(不少于30s)后，在操作界面上按下后退按钮，开启拔出过程；插头从插座拔出、直至指定位置的过程中，测录电弧电压、电流数值和电弧图像，分别输出为txt和mp4格式的文件。
(7)静置2分钟，待系统回归冷态。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高精度交直流电弧测试装置，包括背板(1)和底座(2)，所述背板上固定安装插座(3)，所述插座连接电源，所述底座上固定安装伺服电机(4)，所述伺服电机的输出轴通过联轴器(5)与滚珠丝杆(6)一端连接，所述滚珠丝杆的另一端安装在丝杆支撑座(7)上，所述滚珠丝杆上安装螺母座(8)，其特征在于，
所述螺母座上固定安装插头(9)，所述插头与插座对齐，并保证插头沿着丝杆移动可插入插座；
还包括高速摄像机(10)，所述高速摄像机的镜头对准插座的插孔，所述高速摄像机采集插头插入或拔出插座所产生的电火花图像，所述高速摄像机与工控机(16)连接并向工控机传输采集的电火花图像；
在插座电源的火线上安装霍尔电流传感器(11)，在插头和插座的零、火线之间均安装霍尔电压传感器(12)；
所述霍尔电流传感器与霍尔电压传感器均与高速数据采集卡(15)的信号输入连接，所述霍尔电流传感器与霍尔电压传感器均向高速数据采集卡传输信号，所述高速数据采集卡的输出与工控机的信号输入连接。
2.根据权利要求1所述的高精度交直流电弧测试装置，其特征在于，所述工控机采用Labview作为界面编程语言，设计墙壁插座电弧测试装置的人机交互界面。
3.根据权利要求2所述的高精度交直流电弧测试装置，其特征在于，所述工控机的界面中建立基于实时插座电源电压采集数据的插拔起动时刻电源电压和相位角计算模型。
4.根据权利要求2所述的高精度交直流电弧测试装置，其特征在于，所述基于插座电源电压实时采集数据的插拔起动时刻电源电压和相位角计算模型是利用labview系统自带的Express-VI模块中的单频测量得出电源电压的频率、幅值和有效值。
5.根据权利要求2所述的高精度交直流电弧测试装置，其特征在于，所述工控机的界面中建立基于插座电源电压和插头插座相对距离的插拔启动协同控制的模型。
6.根据权利要求2所述的高精度交直流电弧测试装置，其特征在于，所述基于插座电源电压和插头插座相对距离的插拔启动协同控制的计算模型是以交流电弧试验为例s＝v*t，其中s为插头插入插座运动的距离，v为插头插入插座的运动速度，当检测到电源电压到到目标电压时，控制电机开始运动，为了使插头插入插座时恰好是目标电压时刻，应使t为交流电源周期0.02s的正整数倍。
7.根据权利要求1所述的高精度交直流电弧测试装置，其特征在于，所述插头连接用电负载(14)。
8.根据权利要求1所述的高精度交直流电弧测试装置，其特征在于，所述伺服电机通过驱动器连接交流电源，所述控制器的信号输出连接驱动器的信号输入。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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