CN1845275A

CN1845275A - 具有引弧支路的低电压大电流振荡回路

Info

Publication number: CN1845275A
Application number: CN 200610076301
Authority: CN
Inventors: 武建文; 王景
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University; Beijing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2026-04-20
Also published as: CN100464384C

Abstract

本发明公开了一种开关交流电弧的具有引弧支路的低电压大电流振荡回路，其中电容C1、合闸开关S1、电感L1、被试断路器灭弧室和分流电阻R2构成振荡回路；电解电容C4、电力二极管D1、限流电阻R1、晶闸管Q1、电感L1、被试断路器灭弧室和分流电阻R2构成引弧回路。本发明改进了常规研究开关交流电弧时所使用的具有引弧支路的威尔合成回路，克服了原有回路在实验时电容C1电压降低较多，要求时序控制严格的缺点，保证了在与原有回路等效的前提下试验的完成。

Description

具有引弧支路的低电压大电流振荡回路

技术领域

本发明涉及一种开关交流电弧的振荡回路拓扑结构，具体地说，是指一种开关交流电弧的具有引弧支路的低电压大电流振荡回路，同时本发明适用于低电压大电流与高电压小电流的常规合成回路。

背景技术

目前在研究断路器的工作中，重要的一个内容是进一步改善断路器的性能，提高其分断能力和研究分断过程中产生电弧的机理。为了开展上述工作，需要一套便于做大量试验研究的大容量设备，合成电路就是一例。目前在国内外的一些研究部门中，都采用合成电路来进行断路器分断能力试验和有关电弧特性的理论研究。常规的合成回路利用两套独立的电源：低电压大电流电源(简称电流源)及高电压小电流电源(简称电压源)来代替原来单独的高电压、大电流电源。合成回路的优点是等价性好，能够较为真实的模拟电网开关在电路中开断时的电压电流情况，且该方法能显著降低对试验设备容量的要求。

在研究交流电弧的各种特性时，常采用合成电路中比较典型的具有引弧支路的威尔合成电路。其电路的拓扑结构如图1所示，在图1中电阻R与合闸开关HK2组成引弧支路，电容器C1和电感L1组成电流源，由电容器组C2和电感L2组成电压源。HK1是合闸开关，FD是辅助断路器，SD是被试断路器，G是触发放电球隙装置，S是无感分流器，K是时间控制器，控制球隙中放电击穿的时间。其工作过程如下：首先，合闸开关HK1、合闸开关HK2、辅助断路器FD、被试断路器SD均处于断开位置，预先对电容器C1和电容器组C2按规定充好电，将辅助断路器FD和被试断路器SD闭合，在第一个时间t1时先接通引弧支路的合闸开关HK2，电容器C1就有电流经过电感L1、电阻R4、合闸开关HK2、辅助断路器FD、被试断路器SD的电路放电，只要电阻R4的数值选取得合适，使放电电流控制在100A左右，此时放电电流波形近似为直流，在第二个时间t2时使辅助断路器FD和被试断路器SD的触头分开，在被试触头间引燃电弧，在第三个时间t3时接通合闸开关HK1，此时开始电容器C1的电流经电感L1、合闸开关HK1、辅助断路器FD和被试断路器SD放电，这时的电流为试验电流，呈正弦波形电流流经被试断路器。在电流过零前(第四个时间t4时刻)触发球隙，球隙放电击穿，引入电压源，然后辅助断路器FD在电流过零时熄灭，并在触头间加上规定的瞬态恢复电压，完成一次试验。电路中电流变化的过程见图2所示。该电路在高电压电弧试验时具有很好的等效性，并得到了公认，目前仍应用在电弧理论研究中。

具有引弧支路的威尔合成回路的一个特点是将引弧支路串在电感L1和电容C1组成的振荡回路中，引弧电流直接消耗电容C1的储能，由于合闸开关HK1动作时间的分散性，很难得到准确的电流值。图3所示为图1右侧低电压大电流电弧试验电路路拓扑结构。电路元件命名方式与图1相同。图3中电容C1的充电电压为几百伏，电路中的电流为十几千安，可通过公式

C_{1} = \frac{I_{m}}{U_{i} ω}, L_{1} = \frac{1}{ω^{2} C_{1}}

(Im是电路电流的幅值，Ui是电容充电电压，ω＝2πf，f是振荡频率)计算得到振荡回路电路参数。图3电路与图1电路的工作过程基本一致，产生的波形与图2的波形基本相同，只是在第四个时间t4时刻之后略有区别。经过分析发现在期望的引弧电流下，电路的时序控制非常严格，回路控制较难，而且在引弧阶段电容C1的能量消耗大。

发明内容

为了解决在低电压大电流条件下研究电弧时，常规的具有引弧支路的威尔合成回路的缺点，本发明提供了一种新型的具有引弧支路的振荡回路。本发明采用将引弧支路并在电容C1两端的方法，实现电路控制的简单可靠。

本发明是一种具有引弧支路的低电压大电流振荡回路，由引弧支路和振荡回路组成，其中电容C1、合闸开关S1、电感L1、被试断路器灭弧室和分流电阻R2构成振荡回路；电解电容C4、电力二极管D1、限流电阻R1、晶闸管Q1、电感L1、被试断路器灭弧室和分流电阻R2构成引弧回路；引弧回路中晶闸管Q1的阴极联接在电感L1与合闸开关S1之间，晶闸管Q1的阳极与限流电阻R1相连，限流电阻R1另一端与电解电容C4和电力二极管D1的阴极相连，电解电容C4和电力二极管D1并联后联接在电容C1和分流电阻R2之间。

所述的具有引弧支路的低电压大电流振荡回路，其电容C1的充电电压大于电解电容C4的充电电压100V～1000V，晶闸管Q1的耐压大于电容C1和电解电容C4的充电电压之差的18～23％，电解电容C4和限流电阻R1配合而成的引弧支路时间常数为百毫秒级。

所述的具有引弧支路的低电压大电流振荡回路，其工作前，灭弧室闭合，合闸开关S1打开；工作中，晶闸管Q1触发，继而产生80A～100A的直流电，然后打开被试断路器灭弧室，再闭合合闸开关S1。

本发明振荡回路的优点是：将引弧支路与振荡回路并联，增加电解电容C2、电力二极管D1、限流电阻R1，晶闸管Q1，不仅解决了原有合成回路时序控制难的问题，而且使得引弧电流独立于振荡回路，电容C1的初始充电电压不受影响，引弧电流、引弧时间、振荡回路电压电流的选取可分别考虑，而且限流电阻R1的体积和功率都有所减小。从而使得振荡回路的设计简单易行，控制方便可靠。

附图说明

图1是现有技术中常规的具有引弧支路的威尔合成回路。

图2是常规的具有引弧支路的威尔合成回路的电流波形。

图3是常规的低电压大电流交流电弧试验电路结构。

图4是本发明的具有引弧支路的振荡回路电路机构。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种开关交流电弧的低电压大电流振荡回路，由引弧支路和振荡回路组成，其中电容C1、合闸开关S1、电感L1、被试断路器灭弧室和分流电阻R2构成振荡回路；电解电容C4、电力二极管D1、限流电阻R1、晶闸管Q1、电感L1、被试断路器灭弧室和分流电阻R2构成引弧回路；其中晶闸管Q1的阴极联接在电感L与合闸开关S1之间，晶闸管Q1的阳极与限流电阻R1相连，限流电阻R1另一端与电解电容C4和电力二极管D1的阴极相连，电解电容C4和电力二极管D1并联后联接在电容C1和分流电阻R2之间。引弧回路设计中，选取电容C1的充电电压应该大于电解电容C4的充电电压100V～1000V，晶闸管Q1的耐压大于电容C1和电解电容C4的充电电压之差的18～23％，电解电容C4和限流电阻R1配合而成的引弧支路时间常数为百毫秒级。本发明低电压大电流振荡回路在工作前，灭弧室闭合，合闸开关S1打开；工作中，晶闸管Q1触发，继而产生80A～100A的直流电，然后打开被试断路器灭弧室，再闭合合闸开关S1。

为了解决常规具有引弧支路的威尔合成回路的缺点，在本发明专利申请中，提出了与振荡回路电容并联的引弧支路(如图4所示)。图4与图3相比，拓扑结构区别在于引弧支路与振荡回路电容并联，其工作原理如下：合闸开关S1断开，被试断路器灭弧室闭合，电容C1和电解电容C4充好电，且电容C1充电电压高于电解电容C4充电电压，在第一个时间t1时刻，触发晶闸管Q1，引弧支路工作，电解电容C4通过电阻R1、晶闸管Q1、被试断路器、分流器R2放电，通过预先计算的参数可以保证该支路的电流值为100A左右，时间常数为百毫秒，在其工作的时间内可近似看为直流。在第二个时间t2时刻断开被试断路器，灭弧室触头间产生直流电弧，在第三个时间t3时刻，闭合合闸开关S1，接入振荡回路，晶闸管承受反压关断而断开引弧支路，直流电弧由于电感的存在不能迅速衰减至0，交流电弧产生于触头间。燃弧半个周波后交流电弧过零熄灭，完成一次试验。在整个试验过程中只需控制晶闸管Q1导通时刻，被试断路器灭弧室触头打开时刻，和合闸开关S1闭合时刻，从而降低了常规回路对电路控制时刻的严格要求，而且使得电路各部分工作参数的设计相对独立，电容C1的充电电压即为其发生振荡时电压的峰值。整个试验控制简单可靠，成功率高。

本发明的开关交流电弧的具有引弧支路的低电压大电流振荡回路。如图4所示，用电解电容C4，限流电阻R1和晶闸管Q1，电力二极管D1做为引弧支路，与振荡回路并行。通过调整电解电容C4和限流电阻R1的参数，可以得到在一定时间内可近似看成直流的100A引弧电流，而且利用晶闸管Q1的加反压即关断特性，在引入振荡回路的同时断开引弧支路，保证了与图3电路的等效。

Claims

1、一种具有引弧支路的低电压大电流振荡回路，其特征在于：所述低电压大电流振荡回路由引弧支路和振荡回路组成，其中电容C1、合闸开关S1、电感L1、被试断路器灭弧室和分流电阻R2构成振荡回路；电解电容C4、电力二极管D1、限流电阻R1、晶闸管Q1、电感L1、被试断路器灭弧室和分流电阻R2构成引弧回路；引弧回路中晶闸管Q1的阴极联接在电感L1与合闸开关S1之间，晶闸管Q1的阳极与限流电阻R1相连，限流电阻R1另一端与电解电容C4和电力二极管D1的阴极相连，电解电容C4和电力二极管D1并联后联接在电容C1和分流电阻R2之间。

2、根据权利要求1所述的具有引弧支路的低电压大电流振荡回路，其特征在于：电容C1的充电电压大于电解电容C4的充电电压100V～1000V，晶闸管Q1的耐压大于电容C1和电解电容C4的充电电压之差的18～23％，电解电容C4和限流电阻R1配合而成的引弧支路时间常数为百毫秒级。

3、根据权利要求1所述的具有引弧支路的低电压大电流振荡回路，其特征在于：低电压大电流振荡回路工作前，灭弧室闭合，合闸开关S1打开；工作中，晶闸管Q1触发，继而产生80A～100A的直流电，然后打开被试断路器灭弧室，再闭合合闸开关S1。