CN203858307U - 电弧运动发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电弧运动发生装置，包括监控装置、控制装置、采集装置以及充放电本体，所述充放电本体设置为由LC组成的单频振荡回路；所述采集装置包括充电采集单元和放电采集单元，与充放电本体连接，对充放电本体充电、放电瞬间的波形采集；所述控制装置与充放电本体连接，对充放电本体进行充电、放电控制；所述监控装置分别与控制装置以及采集装置连接，对控制装置以及采集装置进行监视和控制。本实用新型技术方案，能对电弧运动进行观察，以便更深入地研究电弧特性并改进低压电器的性能。

Description

电弧运动发生装置

技术领域

本实用新型涉及一种电弧运动发生装置，特别涉及一种用来观测电弧运动的发生装置。

背景技术

电弧的产生对低压电器的安全运行有很大影响。首先，电弧延长了电路开断短路电流的时间。在开关分断短路电流时，开关触头上的电弧就延长了短路电流通过电路的时间，使短路电流危害的时间延长，这可能对电路设备造成更大的损坏。同时，电弧的高温可能烧坏开关的触头，烧毁电气设备和导线电缆，甚至可能造成火灾和爆炸事故。此外，强烈的电弧可能损伤人的视力，严重的可能导致人失明。因此开关设备在结构设计上就要保证其操作时电弧能迅速地熄灭。那么灭弧系统的设计就离不开对电弧特性的研究与分析，本项目所设计的电弧运动发生器，对电弧特性的研究就有相当大的意义。

在低压电器开断过程中，当电路中出现故障电流时，低压电器的触头迅速地打开，在触头间产生电弧，电弧稍作停滞，在外界磁场和气动力的作用下，沿着导轨向栅片运动，随后电弧被栅片分成几个短弧，导致电弧电压急剧升高，电弧随之熄灭。能否是电弧快速地到达栅片，可靠地被熄灭是评价低压电器性能的一个重要标准。而电弧的运动直接影响低压电器的开断性能。如果能对电弧进行观察，就可以更深入地研究电弧特性并改进低压电器的性能。电弧在灭弧室中的运动过程，是一个气流场、电场、磁场和热场相互耦合，共同作用的复杂现象。实际中如果能对电弧运动进行观察，就可以更深入地研究电弧特性并改进低压电器的性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种能对电弧运动进行观察，以更深入地研究电弧特性并改进低压电器的性能的电弧运动发生装置。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种电弧运动发生装置，包括监控装置、控制装置、采集装置以及充放电本体，所述充放电本体设置为由LC组成的单频振荡回路；所述采集装置包括充电采集单元和放电采集单元，与充放电本体连接，对充放电本体充电、放电瞬间的波形采集；所述控制装置与充放电本体连接，对充放电本体进行充电、放电控制；所述监控装置分别与控制装置以及采集装置连接，对控制装置以及采集装置进行监视和控制。

本实用新型进一步设置：所述控制装置包括PLC控制器、D/A转换模块、比例积分电路、调压器以及变压器，所述PLC控制器与监控装置相连接，所述D/A转换模块与PLC控制器相连接，所述比例积分电路与D/A转换模块相连接，所述调压器与比例积分电路相连接，所述变压器与所述调压器相连接。

本实用新型进一步设置：所述充电采集单元包括分压电路、差分放大电路、反向电路以及A/D转换电路，所述分压电路与所述差分放大电路相连接，所述反向电路与所述差分放大电路相连接，所述A/D转换电路与反向电路相连接，所述监控装置与所述A/D转换电路相连接。

本实用新型进一步设置：所述放电采集单元包括脉冲电流发生器、负载、真空开关、罗氏线圈、高速数据采集终端，所述高速数据采集终端与所述监控装置相连接。

本实用新型进一步设置：所述监控装置包括组态王监控和LabVIEW监控界面。

本实用新型进一步设置：所述监控装置与采集装置之间、监控装置与控制装置之间均设置有光电隔离单元。

本实用新型技术方案，采用LC振荡回路设计的一个电弧运动发生装置，产生的电弧在运动中能量受限，不会将试品烧毁，保证电弧运动实验的可操作性；本装置利用LC振荡回路来产生脉冲电流，试验时对电网不造成冲击，应用比较方便。将电弧运动发生器技术在大中型低压电器生产厂家推广应用，将有利于低压电器的转型与升级。

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

附图说明

图1为本实用新型实施例总体方框图；

图2为本实用新型实施例主电路原理图；

图3为本实用新型实施例充电电压控制及充电电压采集电路方框图；

图4为本实用新型实施例比例积分电路图；

图5为本实用新型实施例分压、低压调节、差分放大和反向电路图；

图6为本实用新型实施例放电采集单元电路图；

图7为本实用新型实施例充放电本体原理图。

具体实施方式

参见附图1至7，本实用新型公开的电弧运动发生装置包括监控装置、控制装置、采集装置以及充放电本体。监控装置是由组态王监控和LabVIEW监控界面组成，实现对下位机的监视和控制；控制装置是由PLC控制系统组成，实现对脉冲发生器的充放电控制；采集装置是由充电采集单元和放电采集单元组成，实现对脉冲发生器发电瞬间的波形采集，并通过LabVIEW显示和存储；充放电本体是由LC组成的单频振荡回路，实现电容的充电储能和电容及电感组成振荡回路放电。LabVIEW人机界面与PLC之间以及LabVIEW与采集电路之间都采用光电隔离，这使得控制系统具有良好的抗干扰性能，并避免了地电位抬高等因素可能造成的设备损坏。

电弧运动发生装置可分为充电和放电两个过程，充电过程：上位机首先向PLC发送充电指令，PLC收到指令后控制充电开关闭合，使低压交流电源经变压器升压后在经过桥式整流滤波成低压直流电源后开始对储能电容开始充电，储存电容开始储存能量。放电过程：当充电电压达到设定值时，PLC先控制充电开关断开，停止充电，然后控制真空开关闭合，是储能电容和电感组成的单频振荡回路向负载放电。放电的波形经过采集电路和波形处理电路后，通过LabVIEW存储。

参见附图2，电弧运动发生装置的主电路是由380V三相交流电经过40A断路器QS，再经过40A熔断器，再经过40A接触器KM，再经过1KT的TSGC2-20KVA 380/0~420V 30/27.5A的新型接触式调压器，使它的电压在0~420V之间连续可调，然后再经过1T的ZSG-21KVA 400/1500V 30.3/8.08A的干式变压器，使400V的三相交流电升压到1500V的三相交流电，然后再经过三相桥式整流滤波，变成直流电给电容器组C2充电，当冲到所设定的电压时，断开K1，闭合K2，使电容器组C2和电感L组成单频振荡回路向负载放电。

参见附图3，由LabVIEW人机界面设定充电电压数值，LabVIEW向PLC发送充电指令，PLC控制D/A转换模块，经过D/A转换模块到比例积分电路，比例积分电路控制调压器，使调压器输出合适的电压，使变压器升压到合适的电压，充电采集系统包括分压器、差分放大电路、A/D转换电路和反向电路。充电电路中电容器组上的电压经分压器分压、差分放大电路放大、再由A/D转换电路，将电容器上的电压值显示在LabVIEW的监控界面上。充电采集系统采用闭环反馈的方案消除充电电压与充电函数的偏差。

参见附图4，DAC7611是一个高性能12位D/A转换芯片。DAC7611为串行，占用I/O口较少，功耗低，性能满足要求。DAC7611和PLC连接，以及输出模拟信号的放大电路，具体的连接是：CS（2脚）与PLC连接做片选信号；CLK（3脚）与PLC连接做时钟信号；SDI（4脚）与PLC连接做串行信号输入口；LD（5脚）与PLC连接做下载选通信号；CLR（6脚）与PLC连接做异步清零信号。DAC7611输出电压信号经放大电路进行放大到电位器调节比例和积分放大电路。电阻R26、R28、R30、C15与运放U9B组成比例积分电路，电阻R31、R32与运放U9C组成比例放大电路。

参见附图5，电弧运动发生装置采用阻容分压器作为分压电路，根据阻容分压器设计结构，R24为高压臂电阻，R25为低压臂电阻，与电容C24和C25并联成RC网络实现分压功能。低压调节电路采用线性分压对直流低压进行调节，电阻R1、R2与R3组成分压比可调的线性分压电路，R4、C1与R5、C2组成两路电压信号的串联网络，用于抑制电路中的串模干扰。R6、R7和C3组成对称的并联网络，用于抑制电路中的共模干扰。U1、U2采用电压隔离运放AD202，二极管V1、V2、V3和V4反向接入电路中，用于防止浪涌电压损坏运放。差分放大电路由差分放大器AD629实现。反向电路的输入电压来自差分放大电路的输出电压，用于改变充电反馈电压的极性，为比例积分电路提供反馈信号。

参见附图6，放电采集单元由脉冲发生器、负载、真空开关、罗氏线圈、NI公司的9215和9162高速数据采集终端和LabVIEW组成。PLC通过电机控制真空开关，在放电之前，脉冲发生器处于充电状态，PLC控制电机使真空开关断开，电容器组处于充电状态；充电结束后，PLC控制电机使真空开关闭合，电容器组上的电压通过导体瞬间释放；放电完毕，PLC再次控制真空开关使回路断开。放电采集系统实现对放电信号的采集和显示。对电压信号的采集，系统采用降压、衰减、采集的方案，即高压先经分压器将为低压，低压在经衰减后由NI公司的9215和9162高速数据采集终端采集。对电流信号的采集，系统采用间接测量的方法：在采集电路中串联一个阻值很小的精密电阻（分流器）。NI公司的9215和9162高速数据采集终端，具有16位数据采集系统，能够对电压和电流波形进行时间标度，并对波形幅值、极性、时间等进行平移、上下移动等操作，也可以进行波形比较，还能够实时读取各个通道的测量数据，并在计算机界面上显示波形曲线。

参见附图7，利用金属化膜电容器2500μF/2000V，组成容量0.5F/2000V，固有电感小于100nH，损耗小于0.15%的脉冲电容器组。电容器采用两侧固定的方式安装在支架上，相邻支架间采用螺栓固定连接。装置有4个组架组成，每个组架由45台MKMJ2-2500电容器组装而成，分上中下三层，装置共计180台产品。保护电路采用快速熔断器，实行分布式保护及接地，保护装置设置过压和过流保护，电容器电压超过设定电压后即停止充电。双边放电装置可以在充电过程异常或者试验结束后通过接地电阻将电容器剩余电荷泄露，每组电容器用一组接地装置；接地装置均有位置传感器，接地电阻：200                                                /组，功率20kW，提高设备运行安全性和可靠性。电抗器4组，每组电感10μH，结构形式：空心电抗，对地绝缘电压10kVDC，额定电流50kA/50ms，两端进行结构紧固加强，能够承受50ms50KA交流电流应力冲击，电抗器可串联或并联运行，组合不同电感值。

Claims (6)

1.一种电弧运动发生装置，其特征在于：包括监控装置、控制装置、采集装置以及充放电本体，所述充放电本体设置为由LC组成的单频振荡回路；所述采集装置包括充电采集单元和放电采集单元，与充放电本体连接，对充放电本体充电、放电瞬间的波形采集；所述控制装置与充放电本体连接，对充放电本体进行充电、放电控制；所述监控装置分别与控制装置以及采集装置连接，对控制装置以及采集装置进行监视和控制。

2.根据权利要求1所述的电弧运动发生装置，其特征在于：所述控制装置包括PLC控制器、D/A转换模块、比例积分电路、调压器以及变压器，所述PLC控制器与监控装置相连接，所述D/A转换模块与PLC控制器相连接，所述比例积分电路与D/A转换模块相连接，所述调压器与比例积分电路相连接，所述变压器与所述调压器相连接。

3.根据权利要求2所述的电弧运动发生装置，其特征在于：所述充电采集单元包括分压电路、差分放大电路、反向电路以及A/D转换电路，所述分压电路与所述差分放大电路相连接，所述反向电路与所述差分放大电路相连接，所述A/D转换电路与反向电路相连接，所述监控装置与所述A/D转换电路相连接。

4.根据权利要求3所述的电弧运动发生装置，其特征在于：所述放电采集单元包括脉冲电流发生器、负载、真空开关、罗氏线圈、高速数据采集终端，所述高速数据采集终端与所述监控装置相连接。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的电弧运动发生装置，其特征在于：所述监控装置包括组态王监控和LabVIEW监控界面。

6.根据权利要求5所述的电弧运动发生装置，其特征在于：所述监控装置与采集装置之间、监控装置与控制装置之间均设置有光电隔离单元。