CN113359019A - 一种基于信号发生器触发的高压交流开断试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于信号发生器触发的高压交流开断试验系统，属于高压开关技术领域，通过对信号发生器设定延时，给LC实验回路的主回路开关和晶闸管一个导通信号，信号发生器控制电路放电实现分闸操作，同时视频采集设备收到触发信号以该时刻为零点拍摄真空灭弧室中的电弧或快速真空开关的运动机构发送给数据处理设备，示波器收到触发信号接收电弧电流和电压、快速真空开关控制电路的电流。本发明将真空灭弧室与真空快速开关结合，提高分闸速度的同时还可以控制分闸速度，通过调整信号发生器发出信号的时间顺序控制各部分的动作时序，能完整地拍摄电弧行为、运动机构的运动过程和测量电流电压，而且实验时远离实验设备可以保证人身安全。
Description
技术领域
本发明属于高压开关技术领域，具体涉及一种基于信号发生器触发的高压交流开断试验系统。
背景技术
实验是研究真空电弧的有效手段，真空电弧的实验研究主要包括真空电弧形态的观测，电弧电压的测量和极间等离子体参数的测量。由于实验电压较高，超过了人体的安全电压，具有一定的危险性，所以远程操作实验可以很好地保护实验人员的人身安全。以前定开距电弧实验通常采用触发引燃的方式，近年来逐步出现带机构可操动的可拆灭弧室，目前使用的是永磁机构，如需要更高的分闸速度，可以选用快速斥力机构。
近年来，基于涡流效应的电磁斥力机构发展迅猛，和传统的操动机构相比，电磁斥力机构结构简单，分闸速度和合闸速度都相对较快。目前电磁斥力机构已大量应用到需要快速开断的领域。电磁斥力机构目前已经成功应用于中、低压系统，然而由于高压断路器的运动系统质量更大，开距更长，因此在高压领域的应用还较少，因此，如何保证开断速度和抑制断路器开断带来振动的尤为重要。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于信号发生器触发的高压交流开断试验系统，旨在解决现有技术中高压交流开断试验的分闸速度慢、人工操作危险且复杂、断路器开断过程振动的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明公开了一种基于信号发生器触发的高压交流开断试验系统，包括信号处理模块和LC实验回路，在所述LC实验回路上连接有高压交流快速真空开关；
所述信号处理模块包括视频采集设备、数据处理设备、示波器和信号发生器，视频采集设备与数据处理设备相连用于传输数据；
所述信号发生器设有四个信号输出端口，其第一信号输出端口与LC实验回路的主回路开关相连，用于触发导通LC实验回路的信号；信第二信号输出端口与高压交流快速真空开关的晶闸管SCR1相连，用于触发导通高压交流快速真空开关的信号；第三信号输出端口与示波器相连，用于显示信号发生器发出的信号；第四信号输出端口与视频采集设备相连，用于发出触发信号拍摄高压交流快速真空开关的开断过程；
所述示波器通过阻容分压器与LC实验回路相连，用于测量和显示LC实验回路的电弧电压；所述示波器通过积分器与高压交流快速真空开关相连，用于测量和显示高压交流快速真空开关的电弧电流。
优选地，所述高压交流快速真空开关包括真空灭弧室、快速真空开关和放电回路，真空灭弧室的上、下两端分别设有导电杆I和导电杆II；
真空灭弧室的上端通过导电杆I与LC实验回路相连，真空灭弧室的下端通过导电杆II与快速真空开关相连，快速真空开关上连接有放电回路。
优选地，所述真空灭弧室内对称设有静触头和动触头，静触头上端连接导电杆I，动触头下端连接导电杆II，导电杆II下端设有绝缘拉杆，导电杆II与绝缘拉杆通过罗氏线圈I相连；
所述快速真空开关包括分闸线圈、合闸线圈、金属盘、拉杆和分闸缓冲机构，金属盘位于分闸线圈与合闸线圈的之间，分闸线圈连接放电回路用于完成分闸过程，绝缘拉杆与拉杆通过合闸保持机构相连，拉杆由上向下依次穿过分闸线圈、金属盘和合闸线圈与分闸缓冲机构相连。
优选地，分闸线圈由双层线圈构成，分闸速度为3m/s～6m/s。
优选地，分闸缓冲机构采用两个水平布置液压油缸。
优选地，合闸保持机构采用碟形弹簧。
优选地，绝缘拉杆上设置有径向限位槽。
优选地，绝缘拉杆的长度40-50cm。
优选地，所述放电回路包括电容C1、二极管D1和晶闸管SCR1，电容C1与二极管D1并联、与晶闸管SCR1串联，放电回路上还设有罗氏线圈II。
优选地，所述积分器的输入端口分别与导电杆II和罗氏线圈II相连。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出的一种基于信号发生器触发的高压交流开断试验系统，通过信号发生器的信号输出端口分别与LC实验回路的主回路开关、高压交流快速真空开关的晶闸管SCR1、示波器和视频采集设备相连，由于信号发生器具有多个信号端口，可以同时或延时发出多路信号，信号发生器能控制系统各部件的动作时序，确保实验顺利进行；通过视频采集设备和数据处理设备的连接可以完整地拍摄视频和记录数据；通过信号发生器的第一信号输出端口和第二信号输出端口给LC实验回路的主回路开关和高压交流快速真空开关的晶闸管SCR1一个触发信号，导通LC实验回路和高压交流快速真空开关，使LC实验回路和高压交流快速真空开关内产生电流高压交流快速真空开关放电，在放电过程产生的电流使高压交流快速真空开关完成分闸过程；在分闸过程中将示波器与信号发生器的第三信号输出端口相连用于显示信号发生器发出的信号，信号发生器的第四信号输出端口与视频采集设备相连，在视频采集设备收到触发信号以该时刻为零点，拍摄高压交流快速真空开关的开断过程；示波器能够测量和显示LC实验回路的电弧电压，同时示波器还能够测量和显示高压交流快速真空开关的电弧电流。本发明提出的高压交流开断试验系统将LC实验回路和信号处理模块结合，还对LC实验回路上连接高压交流快速真空开关，通过调整信号发生器发出信号的时间顺序控制各部分的动作时序，通过数据处理设备完整地记录电弧行为、运动机构的运动过程和测量电流电压，而且实验时远离实验设备，可以保证人身安全。
进一步地，对真空灭弧室的上下两端设有导电杆I和导电杆II可以将LC实验回路和快速真空开关通过导电杆I和导电杆II连接起来形成连通回路。
进一步地，真空灭弧室内的静触头和动触头可以在真空灭弧室分段断路电流时，在两个触头形成横向磁场或纵向磁场，从而限制两个触头表面阳极斑点的形成，提高灭弧室的分段能力；将导电杆II与绝缘拉杆通过罗氏线圈I相连可以测量快速真空开关的电弧电流；快速真空开关通过连接放电回路的电容C1对分闸线圈放电，以产生一个维持时间为几毫秒的脉冲电流，在脉冲电流的作用下，金属盘中感应出涡流并产生电磁力，从而带动快速真空开关运动，使动触头与静触头的分离，实现断路过程；积分器的输入端口分别连接在导电杆II和罗氏线圈II上均可以用来测放电回路的电流。最后对合闸线圈下边设有分闸缓冲机构目的就是为了减小分闸弹跳。
进一步地，快速真空开关的分闸线圈采用双层分闸线圈，使得能产生更大的电磁斥力，分闸速度更快，分闸速度为3m/s～6m/s，分闸速度快，可以使相同运动时间内触头之间的开距更大，更好地观察电弧，并且在实际应用中，分闸速度快可以更快地开断短路电流。
进一步地，分闸缓冲机构采用两个水平布置液压油缸，因此能有效地吸收合闸时运动部件的巨大动能，从而抑制断路器开断过程的振动。
进一步地，合闸保持机构内部包括碟形弹簧，能在较小的空间内承受极大的载荷具，有良好的缓冲吸震能力，特别是采用叠合组合时，由于表面摩擦阻力作用，吸收冲击和消散能量的作用更显著。
进一步地，绝缘拉杆长度40-50cm，能有效地将真空灭弧室与快速真空开关隔离，从而保证了机构的可靠性。
进一步地，绝缘拉杆设置有径向限位槽能有效地抑制机构动作时的水平摆动。
附图说明
图1为基于信号发生器触发的高压交流开断试验系统结构示意图。
其中，1-真空灭弧室；2-静触头；3-动触头；4-导电杆；4-1-导电杆I；4-2-导电杆II；5-拉杆；6-分闸线圈；7-合闸线圈；8-金属盘；9-分闸缓冲机构；10-液压油缸；11-视频采集设备；12-数据处理设备；13-示波器；14-信号发生器；15-主回路开关；16-LC实验回路；17-快速真空开关；18-绝缘拉杆；19-合闸保持机构；20-阻容分压器；21-积分器；22-罗氏线圈I；23-罗氏线圈II。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图和实例对本发明进行详细的描述。如图1所示，本发明提出的一种基于信号发生器触发的高压交流开断试验系统，包括LC实验回路16和信号处理模块，在LC实验回路16上连接有高压交流快速真空开关，所述高压交流快速真空开关包括真空灭弧室1、快速真空开关17和放电回路，所述信号处理模块包括信号发生器14、视频采集设备11、示波器13和数据处理设备12。
真空灭弧室1包括固定的静触头2和动触头3，静触头2与动触头3相对设置；快速真空开关17包括分闸线圈6、金属盘8和合闸线圈7，金属盘8位于分闸线圈6与合闸线圈7的之间，分闸线圈6和合闸线圈7分别连接一个放电回路；放电回路包括电容C1、二极管D1和控制晶闸管SCR1，电容C1与二极管D1并联，与控制晶闸管SCR1和罗氏线圈II串联；LC实验回路包括电感L、电容C和主回路开关。
真空灭弧室1包括固定的静触头2和与导电杆II 4-2连接的动触头3，导电杆I 4-1位于真空灭弧室1的上端，导电杆II 4-2位于真空灭弧室1的下端，导电杆II 4-2的下端与绝缘拉杆18的上端通过罗氏线圈I 22固连；绝缘拉杆18的下端与拉杆5通过合闸保持机构19相连，拉杆5从上到下依次穿过快速真空开关17的分闸线圈6、金属盘8和合闸线圈7，快速真空开关17的分闸线圈6和合闸线圈7分别与放电回路连接。拉杆5的下端与分闸缓冲机构9相对，分闸缓冲机构9包括两个水平放置的液压油缸10。
信号处理模块包括数据处理设备12、示波器13、视频采集设备11和信号发生器14，视频采集设备11可以为高速摄像机、手机或相机等，数据处理设备12可以为电脑或平板等。信号发生器14的信号输出端口分别与LC实验回路16的主回路开关15、放电回路的晶闸管SCR1、视频采集设备11和示波器13相连，视频采集设备11通过数据线与数据处理设备12连接，使用阻容分压器20与示波器13信号端口相连测量电弧电压，使用罗氏线圈II 23一端连接积分器21，罗氏线圈II 23另一端连接示波器13测量电弧和放电回路的电流。
信号发生器14采用DG535触发LC实验回路16和快速真空开关17放电。
所述晶闸管SCR1具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、控制方便等优点，被广泛用于可控整流、调压、逆变以及无触点开关等各种自动控制和大功率的电能转换的场合。
所述的合闸保持机构19包括碟簧，在较小的空间内承受极大的载荷具，有良好的缓冲吸震能力，特别是采用叠合组合时，由于表面摩擦阻力作用，吸收冲击和消散能量的作用更显著。
本发明由于采用双层分闸线圈6，使得能产生更大的电磁斥力，分闸速度更快，分闸速度为3m/s～6m/s；采用两个水平布置液压油缸10，因此能有效的吸收合闸时运动部件的巨大动能，从而抑制断路器开断过程的振动；采用较长的绝缘拉杆18，绝缘拉杆18的长度为40-50cm，这样可以有效的将真空灭弧室1与快速真空开关17隔离，从而保证了机构的可靠性，绝缘拉杆18设置有径向限位槽能有效的抑制机构动作时的水平摆动。
所述控制晶闸管SCR1由信号发生器14提供触发信号，导通后控制快速真空开关17动作。
所述LC实验回路16由信号发生器14提供触发信号，导通后电容放电。
所述视频采集设备11由信号发生器14提供触发信号，以触发信号为零点进行拍摄。
所述示波器13由信号发生器14提供触发信号，以触发信号为零点进行记录。
本发明的基于信号发生器触发的高压交流开断试验系统的工作原理如下：
LC实验回路16的主回路开关15处于分闸状态，按照设定电压给储能电容C和C1充电，通过信号发生器14的第一信号输出端口和第二信号输出端口分别给LC实验回路16的主回路开关15和晶闸管SCR1触发信号，LC实验回路16的主回路开关15闭合，产生周期电流，电容C1在短时间内向分闸线圈6放电，利用涡流效应产生轴向向下的电磁力驱动金属盘8向下运动完成分闸过程，同时示波器13和视频采集设备11收到信号发生器14的第三信号输出端口与第四信号输出端口传来的触发信号开始工作，拍摄电弧过程和记录电流和电压。
综上所述，本发明通过对信号发生器设定延时，给LC实验回路的主回路开关和晶闸管一个导通信号，信号发生器控制电路放电实现分闸操作，同时视频采集设备收到触发信号以该时刻为零点拍摄真空灭弧室中的电弧或快速真空开关的运动机构发送给数据处理设备，示波器收到触发信号接收电弧电流和电压、快速真空开关控制电路的电流。本发明提出的高压交流开断试验系统将真空灭弧室与真空快速开关结合，提高分闸速度的同时还可以控制分闸速度，通过调整信号发生器发出信号的时间顺序控制各部分的动作时序，能完整地拍摄电弧行为、运动机构的运动过程和测量电流电压，而且实验时远离实验设备可以保证人身安全。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于信号发生器触发的高压交流开断试验系统，其特征在于，包括信号处理模块和LC实验回路(16)，在所述LC实验回路(16)上连接有高压交流快速真空开关；
所述信号处理模块包括视频采集设备(11)、数据处理设备(12)、示波器(13)和信号发生器(14)，视频采集设备(11)与数据处理设备(12)相连用于传输数据；
所述信号发生器(14)设有四个信号输出端口，其第一信号输出端口与LC实验回路(16)的主回路开关(15)相连，用于触发导通LC实验回路的信号；信第二信号输出端口与高压交流快速真空开关的晶闸管SCR1相连，用于触发导通高压交流快速真空开关的信号；第三信号输出端口与示波器(13)相连，用于显示信号发生器(14)发出的信号；第四信号输出端口与视频采集设备(11)相连，用于发出触发信号拍摄高压交流快速真空开关的开断过程；
所述示波器(13)通过阻容分压器(20)与LC实验回路(16)相连，用于测量和显示LC实验回路(16)的电弧电压；所述示波器(13)通过积分器(21)与高压交流快速真空开关相连，用于测量和显示高压交流快速真空开关的电弧电流。
2.根据权利要求1所述的基于信号发生器触发的高压交流开断试验系统，其特征在于，所述高压交流快速真空开关包括真空灭弧室(1)、快速真空开关(17)和放电回路，真空灭弧室(1)的上、下两端分别设有导电杆I(4-1)和导电杆II(4-2)；
真空灭弧室(1)的上端通过导电杆I(4-1)与LC实验回路(16)相连，真空灭弧室(1)的下端通过导电杆II(4-2)与快速真空开关(17)相连，快速真空开关(17)上连接有放电回路。
3.根据权利要求2所述的基于信号发生器触发的高压交流开断试验系统，其特征在于，所述真空灭弧室(1)内对称设有静触头(2)和动触头(3)，静触头(2)上端连接导电杆I(4-1)，动触头(3)下端连接导电杆II(4-2)，导电杆II(4-2)下端设有绝缘拉杆(18)，导电杆II(4-2)与绝缘拉杆(18)通过罗氏线圈I(22)相连；
所述快速真空开关(17)包括分闸线圈(6)、合闸线圈(7)、金属盘(8)、拉杆(5)和分闸缓冲机构(9)，金属盘(8)位于分闸线圈(6)与合闸线圈(7)的之间，分闸线圈(6)连接放电回路用于完成分闸过程，绝缘拉杆(18)与拉杆(5)通过合闸保持机构(19)相连，拉杆(5)由上向下依次穿过分闸线圈(6)、金属盘(8)和合闸线圈(7)与分闸缓冲机构(9)相连。
4.根据权利要求3所述的基于信号发生器触发的高压交流开断试验系统，其特征在于，分闸线圈(6)由双层线圈构成，分闸速度为3m/s～6m/s。
5.根据权利要求3所述的基于信号发生器触发的高压交流开断试验系统，其特征在于，分闸缓冲机构(9)采用两个水平布置液压油缸(10)。
6.根据权利要求3所述的基于信号发生器触发的高压交流开断试验系统，其特征在于，合闸保持机构(19)采用碟形弹簧。
7.根据权利要求3所述的基于信号发生器触发的高压交流开断试验系统，其特征在于，绝缘拉杆(18)上设置有径向限位槽。
8.根据权利要求3所述的基于信号发生器触发的高压交流开断试验系统，其特征在于，绝缘拉杆(18)的长度40-50cm。
9.根据权利要求2所述的基于信号发生器触发的高压交流开断试验系统，其特征在于，所述放电回路包括电容C1、二极管D1和晶闸管SCR1，电容C1与二极管D1并联、与晶闸管SCR1串联，放电回路上还设有罗氏线圈II(23)。
10.根据权利要求9所述的基于信号发生器触发的高压交流开断试验系统，其特征在于，所述积分器(21)的输入端口分别与导电杆II(4-2)和罗氏线圈II(23)相连。
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