CN116338362A - 一种双指数雷电流波形发生器参数辨识设备及辨别方法 - Google Patents

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CN116338362A CN202310570258.4A CN202310570258A CN116338362A CN 116338362 A CN116338362 A CN 116338362A CN 202310570258 A CN202310570258 A CN 202310570258A CN 116338362 A CN116338362 A CN 116338362A
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Abstract

本发明涉及高电压技术与脉冲功率技术领域，公开了一种双指数雷电流波形发生器参数辨识设备及辨别方法，其辨识设备，包括若干组装配机构及符合参数的电容元件、电感元件和电阻元件，若干组装配机构分别将符合参数的电容元件、电感元件和电阻元件更替至试验的发生器中；装配机构包括凸轮、驱动轴、摆动架、被动槽板、连接爪、接头桩、滑座和限位件。本发明以相关标准中规定的双指数波形参数进行简单的数学推导，获得精确的回路参数确定方法，极大程度上降低了波形发生器参数确定的繁琐程度，可以有效缩短试验周期，从而大大提升面向不同负载的试验效率。

Description

一种双指数雷电流波形发生器参数辨识设备及辨别方法
技术领域
本发明涉及高电压技术与脉冲功率的技术领域，更具体地说，它涉及一种双指数雷电流波形发生器参数辨识设备及辨别方法。
背景技术
雷电流波形的产生是一项较为成熟的技术，主要实现的技术手段为RLC串联回路。
其中RLC串联电路是一种由电阻R、电感L、电容C组成的串联型电路结构，作用有电子谐波振荡器、带通或带阻滤波器。由于RLC串联回路具有较高的稳定性且回路简单，是实现雷电流发生器的主流技术手段。
RLC串联回路常用的参数确定方法为归一化波前与半峰值比值后进行查表，其缺点为误差较大，在负载变化时，发生器内部匹配负载的阻抗的调整较为繁琐，实际工程中需要多次调试拆装。而现如今针对不同的试验件（如板级、设备级、系统级、整机级）负载变化较大，先前的技术手段已经不满足当下的需求。
发明内容
本发明提供一种双指数雷电流波形发生器参数辨识设备及辨别方法，解决相关技术中在负载变化时，用现有参数确定方法误差较大，且发生器内部匹配阻抗调整繁琐，需要多次调试拆装的技术问题。
本发明提供了一种双指数雷电流波形发生器参数辨识方法，包括以下步骤：
S1：确定试验需求的双指数雷电流波形参数
Figure SMS_1
、/>
Figure SMS_2
、/>
Figure SMS_3
及发生器的初始状态下的电容参数/>
Figure SMS_4
；
S2：利用电桥电路测量回路电学参数RL和LL；
S3：采集发生器短接时的输出波形，获得震荡波形周期T，通过震荡波形周期T和发生器电容参数
Figure SMS_5
来确定发生器回路电感参数L1；
S4：通过
Figure SMS_6
、/>
Figure SMS_7
、LL和S3中所述的L1来确定发生器储能电容参数C1；
S5：通过RL、
Figure SMS_8
、/>
Figure SMS_9
和S4中所述的C1来确定发生器匹配电阻参数R1；
S6：通过
Figure SMS_10
、/>
Figure SMS_11
、/>
Figure SMS_12
和S4中所述的C1来确定发生器储能电容充电电压参数V1；
S7：L1、C1、R1和V1为双指数雷电流波形发生器的辨识后的参数，根据辨识后的参数调节发生器，使其匹配负载的阻抗。
进一步地，L1的计算公式如下：
Figure SMS_13
，其中T为震荡波形周期，/>
Figure SMS_14
为发生器的初始状态下的电容参数。
进一步地，C1的计算公式如下：
Figure SMS_15
，其中L1为发生器回路电感参数，LL为回路电学参数。
进一步地，R1的计算公式如下：
Figure SMS_16
，其中C1为发生器储能电容参数，RL为回路电学参数。
进一步地，V1的计算公式如下：
Figure SMS_17
，其中/>
Figure SMS_18
为电流峰值，C1为发生器储能电容参数。
本发明还提供了一种双指数雷电流波形发生器参数辨识设备，应用于双指数雷电流波形发生器参数辨识方法中，通过该设备完成辨识方法中步骤S7，包括若干组装配机构及符合参数的电容元件、电感元件和电阻元件，若干组装配机构分别将符合参数的电容元件、电感元件和电阻元件更替至试验的发生器中；
装配机构包括凸轮、驱动轴、摆动架、被动槽板、连接爪、接头桩、滑座和限位件，驱动轴连接在凸轮上，凸轮的外边开有凸轮槽道，限位件的一端设有第一凸出部，第一凸出部滑动连接在凸轮槽道内，限位件的另一端与摆动架的端部通过轴连接，滑座滑动连接在摆动架的内壁，且滑座的一侧设有第二凸出部，被动槽板上开有切换槽，切换槽呈“7”字型结构，第二凸出部的端部滑动连接在切换槽内，连接爪安装在滑座上，且接头桩设有连接爪的端部上，两侧的接头桩用于插接固定符合参数的电容元件、电感元件和电阻元件的连接端。
进一步地，装配机构还包括限位架，限位架的内侧开有限位槽，且限位件沿着限位槽的槽向移动，并带动摆动架由水平状/垂直状翻转成垂直状/水平状。
进一步地，限位件包括连接杆、滑块和限位柱，连接杆的两端分别通过轴连接在滑块和摆动架上，限位柱垂直安装在滑块的一端外壁上，限位柱的端部抵靠连接在凸轮槽道的槽壁内。
进一步地，摆动架呈“Y”字型结构，且摆动架的前端设有支架，支架用于安装符合参数的电容元件、电感元件和电阻元件。
进一步地，驱动轴包括动力源连接轴和手动连接轴，动力源连接轴的轴端连接动力源，手动连接轴连接有摇把。
本发明的有益效果在于：本方法以相关标准中规定的双指数波形参数进行简单的数学推导，获得精确的回路参数确定方法，极大程度上降低了波形发生器参数确定的繁琐程度，可以有效缩短试验周期，从而大大提升面向不同负载的试验效率；
同时本发明提出的方法使得回路参数辨识精确，可以面向不同负载使用，且本辨别不需要迭代、初始值设置、查表，计算过程简单，易于使用，且通过设备可进行快速拆装部件，避免试验拆装误差。
附图说明
图1是本发明中提出的一种双指数雷电流波形发生器参数辨别方法的方法流程图；
图2是本发明中提出的一种双指数雷电流波形发生器参数辨别方法的波形发生器等效电路图；
图3是本发明中提出的一种双指数雷电流波形发生器参数辨别设备的接入效果示意图；
图4是本发明中提出的一种双指数雷电流波形发生器参数辨别设备的结构示意图；
图5是图4的另一个视角结构示意图；
图6是图4的俯视图；
图7是图4的工作流程示意图。
图中：100、装配机构；110、凸轮；120、限位架；130、驱动轴；131、动力源连接轴；132、手动连接轴；140、摆动架；150、被动槽板；151、切换槽；160、连接爪；161、固定杆；162、转动杆；170、接头桩；180、滑座；190、限位件；191、连接杆；192、滑块；193、限位柱。
具体实施方式
现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。另外，相对一些示例所描述的特征在其他例子中也可以进行组合。
实施例一
参阅图1-图2所示，一种双指数雷电流波形发生器参数辨识方法，包括以下步骤：
S1：确定试验需求的双指数雷电流波形参数
Figure SMS_19
、/>
Figure SMS_20
、/>
Figure SMS_21
及现有发生器电容参数/>
Figure SMS_22
；
S2：利用电桥电路测量回路的电学参数，电学参数包括但不限于回路电阻RL和回路电感LL；
S3：采集发生器短接时输出波形，获得震荡波形周期T，通过震荡波形周期T和发生器电容参数
Figure SMS_23
来确定发生器回路电感参数L1；
S4：通过
Figure SMS_24
、/>
Figure SMS_25
、LL和S3中所述的L1来确定发生器储能电容参数C1；
S5：通过RL、
Figure SMS_26
、/>
Figure SMS_27
和S4中所述的C1来确定发生器匹配电阻参数R1；
S6：通过
Figure SMS_28
、步骤S4中的C1、/>
Figure SMS_29
和/>
Figure SMS_30
确定发生器储能电容充电电压参数V1；
S7：其中L1、C1、R1和V1为双指数雷电流波形发生器的辨识后参数，根据辨识后参数调节发生器内部的阻抗，以满足试验中试验件的负载。
其中L1的计算公式如下：
Figure SMS_31
，其中T为震荡波形周期，/>
Figure SMS_32
为发生器的初始状态下的电容参数。
其中C1的计算公式如下：
Figure SMS_33
，其中L1为发生器回路电感参数，LL为回路电学参数。
其中R1的计算公式如下：
Figure SMS_34
，其中C1为发生器储能电容参数，RL为回路电学参数。
其中V1的计算公式如下：
Figure SMS_35
，其中/>
Figure SMS_36
为电流峰值，C1为发生器储能电容参数。
以负载为机翼上油箱盒段为例，油箱盒段的主要作用为承受并传递由气动载荷造成的机翼弯矩和剪力，为了满足闪电防护的要求，故采用100kA双指数雷电流A波注入试验，并结合附图1和双指数雷电流波形发生器参数辨识方法中的步骤进行说明：
1）确定试验需求的双指数雷电流波形参数及现有发生器的电容参数，依据GJB-3567规定100kA双指数雷电流A波的波形参数
Figure SMS_37
、/>
Figure SMS_38
、/>
Figure SMS_39
分别为11354、647265和109405，现有发生器电容/>
Figure SMS_40
为40uF；
2）利用电桥电路测量回路的电学参数，其中回路电阻RL和回路电感LL分别为2mΩ和1uH；
3）采集发生器短接时输出波形，获得震荡波形周期T为56μs，依据L1的计算公式，确定发生器回路电感参数L1为2uH；
4）依据C1的计算公式，确定发生器储能电容参数C1为45uF；
5）依据R1的计算公式，确定发生器匹配电阻参数R1为1.9Ω；
6）依据V1的计算公式，确定发生器储能电容充电电压参数V1为208kV；
7）其中确定后的L1、C1、R1和V1为双指数雷电流波形发生器的辨识后参数，根据辨识后参数，快速调节发生器，以满足试验中该油箱盒段的负载。
其中
Figure SMS_41
是指电流峰值，/>
Figure SMS_42
是指波前衰减系数，/>
Figure SMS_43
是指波尾衰减系数。
实施例二
参阅图3-图7所示，一种双指数雷电流波形发生器参数辨识设备，应用于双指数雷电流波形发生器参数辨识方法中，具体的，包括若干组装配机构100及符合参数的电容元件、电感元件和电阻元件，若干组装配机构100分别将参数的电容元件、电感元件和电阻元件更替至试验的发生器中；
其中装配机构100包括凸轮110、驱动轴130、摆动架140、被动槽板150、连接爪160、接头桩170、滑座180和限位件190，驱动轴130连接在凸轮110上，凸轮110的外边开有凸轮槽道，限位件190的一端设有第一凸出部，第一凸出部滑动连接在凸轮槽道内，限位件190的另一端与摆动架140的端部通过轴连接，滑座180滑动连接在摆动架140的内壁，且滑座180的一侧设有第二凸出部，被动槽板150上开有切换槽151，切换槽151呈“7”字型结构，第二凸出部的端部滑动连接在切换槽151内，连接爪160安装在滑座180上，且接头桩170设有连接爪160的端部上，两侧的接头桩170用于插接固定符合参数的电容元件、电感元件和电阻元件的连接端。
装配机构100还包括限位架120，限位架120的内侧开有限位槽，且限位件190沿着限位槽的槽向移动，并带动摆动架140由水平状/垂直状翻转成垂直状/水平状；其中限位件190包括连接杆191、滑块192和限位柱193，连接杆191的两端分别通过轴连接在滑块192和摆动架140上，限位柱193垂直安装在滑块192的一端外壁上，限位柱193的端部抵靠连接在凸轮槽道的槽壁内。
摆动架140呈“Y”字型结构，且摆动架140的前端设有支架，支架用于安装符合参数的电容元件、电感元件和电阻元件。
驱动轴130包括动力源连接轴131和手动连接轴132，动力源连接轴131的轴端连接动力源，手动连接轴132连接有摇把，动力源包括但不限于电机，在进行调节时，可通过动力源直接驱动进行发生器内部元件的拆装作业，也可以通过转动摇把，进行机械式的更替发生器内部元件，机械式更替元件可避免发生器产生的雷电流影响动力源的工作，提高设备可实施性；
参阅图3所示，本双指数雷电流波形发生器参数辨识设备用于将符合参数的电容元件、电感元件和电阻元件更替至试验的发生器中，电容元件、电感元件和电阻元件为非一体式的元器件，可通过更替元件改变发生器的相关参数，实施例一中通过计算得到L1、C1、R1和V1，根据以上参数更换发生器内的电容元件、电感元件和电阻元件，传统的是通过不断调试，需要不断将不同的参数的电容元件、电感元件和电阻元件反复拆装至发生器中，调试较为繁杂，而且发生器内部残留电荷会有风险，不利于试验人员的人身安全保障，具体的，参数辨识设备工作流程如下：
将符合参数的电容元件、电感元件和电阻元件安装至支架上，支架上设有相应的安装孔，电容元件、电感元件和电阻元件的两端连接端与接头桩170相适配，然后通过驱动轴130带动凸轮轴转动，凸轮110转动，其上的凸轮槽道相应转动，位于凸轮槽道内的限位柱193相应的抵靠运动，带动滑块192在限位架120内的限位槽的槽内滑动，此时滑块192所连接的连接杆191带动摆动架140绕其连接轴部分转动，摆动架140由水平状转动，摆动架140上的滑座180沿着第二凸出部，滑动在切换槽151内，切换槽151呈L型，滑座180沿着切换槽151的槽向移动，此时滑座180沿着其与摆动架140的连接槽的槽向移动，此时的连接爪160会在滑座180沿着连接槽的槽向移动时向中收拢，即夹持动作，使接头桩170插入发生器部件的两端上，将该部件接入测试电路中；
需要补充的是，连接爪160包括固定杆161和转动杆162，固定杆161通过轴连接在摆动架140上，转动杆162通过轴连接在滑块192上，且转动杆162的杆端通过轴连接在固定杆161的杆端上，接头桩170安装于固定杆161靠近支架的一侧外壁上，在连接爪160做夹持动作时，转动杆162随着滑块192在限位槽内移动，同时其端部被固定杆161的杆端限位，故带动转动杆162和固定杆161均向中转动，带动固定杆161上两个接头桩170相向移动，并结合在发生器部件的两端；
同样的，拆卸为该装配机构100的反向作业，通过驱动轴130反向驱动，带动摆动架140由垂直状转动成水平状，然后将接头桩170从需要更替的部件两端拔出，试验人员只需要通过将部件从摆动架140的支架上拆除即可，过程中，试验人员不需要干预接入和拆除作业，提高试验安全性，且每个部件与电路之间的连接节点稳定不易松脱，避免试验中因拆装部件安装不稳定造成的误差。
上面对本实施例的实施例进行了描述，但是本实施例并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实施例的启示下，还可做出很多形式，均属于本实施例的保护之内。

Claims (10)

1.一种双指数雷电流波形发生器参数辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：确定试验需求的双指数雷电流波形参数
Figure QLYQS_1
、/>
Figure QLYQS_2
、/>
Figure QLYQS_3
及发生器的初始状态下的电容参数/>
Figure QLYQS_4
；
S2：利用电桥电路测量回路电学参数RL和LL；
S3：采集发生器短接时的输出波形，获得震荡波形周期T，通过震荡波形周期T和发生器电容参数
Figure QLYQS_5
来确定发生器回路电感参数L1；
S4：通过
Figure QLYQS_6
、/>
Figure QLYQS_7
、LL和S3中所述的L1来确定发生器储能电容参数C1；
S5：通过RL、
Figure QLYQS_8
、/>
Figure QLYQS_9
和S4中所述的C1来确定发生器匹配电阻参数R1；
S6：通过
Figure QLYQS_10
、/>
Figure QLYQS_11
、/>
Figure QLYQS_12
和S4中所述的C1来确定发生器储能电容充电电压参数V1；
S7：L1、C1、R1和V1为双指数雷电流波形发生器的辨识后的参数，根据辨识后的参数调节发生器，使其匹配负载的阻抗。
2.根据权利要求1所述的一种双指数雷电流波形发生器参数辨识方法，其特征在于，发生器回路电感参数L1的计算公式如下：
Figure QLYQS_13
，其中T为震荡波形周期，/>
Figure QLYQS_14
为发生器的初始状态下的电容参数。
3.根据权利要求1所述的一种双指数雷电流波形发生器参数辨识方法，其特征在于，发生器储能电容参数C1的计算公式如下：
Figure QLYQS_15
，其中L1为发生器回路电感参数，LL为回路电学参数，/>
Figure QLYQS_16
为波前衰减系数，/>
Figure QLYQS_17
为波尾衰减系数。
4.根据权利要求1所述的一种双指数雷电流波形发生器参数辨识方法，其特征在于，发生器匹配电阻参数R1的计算公式如下：
Figure QLYQS_18
，其中C1为发生器储能电容参数，RL为回路电学参数。
5.根据权利要求1所述的一种双指数雷电流波形发生器参数辨识方法，其特征在于，发生器储能电容充电电压参数V1的计算公式如下：
Figure QLYQS_19
，其中/>
Figure QLYQS_20
为电流峰值，C1为发生器储能电容参数。
6.一种双指数雷电流波形发生器参数辨识设备，其特征在于，应用于如权利要求1-5中任一一项所述的双指数雷电流波形发生器参数辨识方法中，通过该设备完成辨识方法中的步骤S7，包括若干组装配机构（100）及符合参数的电容元件、电感元件和电阻元件，若干组装配机构（100）分别将符合参数的电容元件、电感元件和电阻元件更替至试验的发生器中；
装配机构（100）包括凸轮（110）、驱动轴（130）、摆动架（140）、被动槽板（150）、连接爪（160）、接头桩（170）、滑座（180）和限位件（190），驱动轴（130）连接在凸轮（110）上，凸轮（110）的外边开有凸轮（110）槽道，限位件（190）的一端设有第一凸出部，第一凸出部滑动连接在凸轮（110）槽道内，限位件（190）的另一端与摆动架（140）的端部通过轴连接，滑座（180）滑动连接在摆动架（140）的内壁，且滑座（180）的一侧设有第二凸出部，被动槽板（150）上开有切换槽（151），切换槽（151）呈“7”字型结构，第二凸出部的端部滑动连接在切换槽（151）内，连接爪（160）安装在滑座（180）上，且接头桩（170）设有连接爪（160）的端部上，两侧的接头桩（170）用于插接固定符合参数的电容元件、电感元件和电阻元件的连接端。
7.根据权利要求6所述的一种双指数雷电流波形发生器参数辨识设备，其特征在于，装配机构（100）还包括限位架（120），限位架（120）的内侧开有限位槽，且限位件（190）沿着限位槽的槽向移动，并带动摆动架（140）由水平状/垂直状翻转成垂直状/水平状。
8.根据权利要求7所述的一种双指数雷电流波形发生器参数辨识设备，其特征在于，限位件（190）包括连接杆（191）、滑块（192）和限位柱（193），连接杆（191）的两端分别通过轴连接在滑块（192）和摆动架（140）上，限位柱（193）垂直安装在滑块（192）的一端外壁上，限位柱（193）的端部抵靠连接在凸轮（110）槽道的槽壁内。
9.根据权利要求8所述的一种双指数雷电流波形发生器参数辨识设备，其特征在于，摆动架（140）呈“Y”字型结构，且摆动架（140）的前端设有支架，支架用于安装符合参数的电容元件、电感元件和电阻元件。
10.根据权利要求9所述的一种双指数雷电流波形发生器参数辨识设备，其特征在于，驱动轴（130）包括动力源连接轴（131）和手动连接轴（132），动力源连接轴（131）的轴端连接动力源，手动连接轴（132）连接有摇把。
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