電弧運(yùn)動(dòng)發(fā)生裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電弧運(yùn)動(dòng)發(fā)生裝置，包括監(jiān)控裝置、控制裝置、采集裝置以及充放電本體，所述充放電本體設(shè)置為由LC組成的單頻振蕩回路；所述采集裝置包括充電采集單元和放電采集單元，與充放電本體連接，對充放電本體充電、放電瞬間的波形采集；所述控制裝置與充放電本體連接，對充放電本體進(jìn)行充電、放電控制；所述監(jiān)控裝置分別與控制裝置以及采集裝置連接，對控制裝置以及采集裝置進(jìn)行監(jiān)視和控制。本發(fā)明技術(shù)方案能對電弧運(yùn)動(dòng)進(jìn)行觀察，以更深入地研究電弧特性并改進(jìn)低壓電器的性能。
【專利說明】電弧運(yùn)動(dòng)發(fā)生裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電弧運(yùn)動(dòng)發(fā)生裝置，特別涉及一種用來觀測電弧運(yùn)動(dòng)的發(fā)生裝 置。

【背景技術(shù)】
[0002] 電弧的產(chǎn)生對低壓電器的安全運(yùn)行有很大影響。首先，電弧延長了電路開斷短路 電流的時(shí)間。在開關(guān)分?jǐn)喽搪冯娏鲿r(shí)，開關(guān)觸頭上的電弧就延長了短路電流通過電路的時(shí) 間，使短路電流危害的時(shí)間延長，這可能對電路設(shè)備造成更大的損壞。同時(shí)，電弧的高溫可 能燒壞開關(guān)的觸頭，燒毀電氣設(shè)備和導(dǎo)線電纜，甚至可能造成火災(zāi)和爆炸事故。此外，強(qiáng)烈 的電弧可能損傷人的視力，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致人失明。因此開關(guān)設(shè)備在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上就要保證 其操作時(shí)電弧能迅速地熄滅。那么滅弧系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就離不開對電弧特性的研究與分析，本 項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的電弧運(yùn)動(dòng)發(fā)生器，對電弧特性的研究就有相當(dāng)大的意義。
[0003] 在低壓電器開斷過程中，當(dāng)電路中出現(xiàn)故障電流時(shí)，低壓電器的觸頭迅速地打開， 在觸頭間產(chǎn)生電弧，電弧稍作停滯，在外界磁場和氣動(dòng)力的作用下，沿著導(dǎo)軌向柵片運(yùn)動(dòng)， 隨后電弧被柵片分成幾個(gè)短弧，導(dǎo)致電弧電壓急劇升高，電弧隨之熄滅。能否是電弧快速地 到達(dá)柵片，可靠地被熄滅是評(píng)價(jià)低壓電器性能的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。而電弧的運(yùn)動(dòng)直接影響低 壓電器的開斷性能。如果能對電弧進(jìn)行觀察，就可以更深入地研究電弧特性并改進(jìn)低壓電 器的性能。電弧在滅弧室中的運(yùn)動(dòng)過程，是一個(gè)氣流場、電場、磁場和熱場相互耦合，共同作 用的復(fù)雜現(xiàn)象。實(shí)際中如果能對電弧運(yùn)動(dòng)進(jìn)行觀察，就可以更深入地研究電弧特性并改進(jìn) 低壓電器的性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能對電弧運(yùn)動(dòng)進(jìn)行觀察， 以更深入地研究電弧特性并改進(jìn)低壓電器的性能的電弧運(yùn)動(dòng)發(fā)生裝置。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：一種電弧運(yùn)動(dòng)發(fā)生裝置，包括監(jiān)控 裝置、控制裝置、采集裝置以及充放電本體，所述充放電本體設(shè)置為由LC組成的單頻振蕩 回路；所述采集裝置包括充電采集單元和放電采集單元，與充放電本體連接，對充放電本體 充電、放電瞬間的波形采集；所述控制裝置與充放電本體連接，對充放電本體進(jìn)行充電、放 電控制；所述監(jiān)控裝置分別與控制裝置以及采集裝置連接，對控制裝置以及采集裝置進(jìn)行 監(jiān)視和控制。
[0006] 本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置：所述控制裝置包括PLC控制器、D/A轉(zhuǎn)換模塊、比例積分電路、 調(diào)壓器以及變壓器，所述PLC控制器與監(jiān)控裝置相連接，所述D/A轉(zhuǎn)換模塊與PLC控制器相 連接，所述比例積分電路與D/A轉(zhuǎn)換模塊相連接，所述調(diào)壓器與比例積分電路相連接，所述 變壓器與所述調(diào)壓器相連接。
[0007] 本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置：所述充電采集單元包括分壓電路、差分放大電路、反向電路以 及A/D轉(zhuǎn)換電路，所述分壓電路與所述差分放大電路相連接，所述反向電路與所述差分放 大電路相連接，所述A/D轉(zhuǎn)換電路與反向電路相連接，所述監(jiān)控裝置與所述A/D轉(zhuǎn)換電路相 連接。
[0008] 本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置：所述放電采集單元包括脈沖電流發(fā)生器、負(fù)載、真空開關(guān)、羅 氏線圈、高速數(shù)據(jù)采集終端，所述高速數(shù)據(jù)采集終端與所述監(jiān)控裝置相連接。
[0009] 本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置：所述監(jiān)控裝置包括組態(tài)王監(jiān)控和LabVIEW監(jiān)控界面。
[0010] 本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置：所述監(jiān)控裝置與采集裝置之間、監(jiān)控裝置與控制裝置之間均 設(shè)置有光電隔離單元。
[0011] 本發(fā)明技術(shù)方案，采用LC振蕩回路設(shè)計(jì)的一個(gè)電弧運(yùn)動(dòng)發(fā)生裝置，產(chǎn)生的電弧在 運(yùn)動(dòng)中能量受限，不會(huì)將試品燒毀，保證電弧運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的可操作性；本裝置利用LC振蕩回 路來產(chǎn)生脈沖電流，試驗(yàn)時(shí)對電網(wǎng)不造成沖擊，應(yīng)用比較方便。將電弧運(yùn)動(dòng)發(fā)生器技術(shù)在大 中型低壓電器生產(chǎn)廠家推廣應(yīng)用，將有利于低壓電器的轉(zhuǎn)型與升級(jí)。
[0012] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例總體方框圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例主電路原理圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例充電電壓控制及充電電壓采集電路方框圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例比例積分電路圖； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例分壓、低壓調(diào)節(jié)、差分放大和反向電路圖； 圖6為本發(fā)明實(shí)施例放電采集單元電路圖； 圖7為本發(fā)明實(shí)施例充放電本體原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 參見附圖1至7,本發(fā)明公開的電弧運(yùn)動(dòng)發(fā)生裝置包括監(jiān)控裝置、控制裝置、采集 裝置以及充放電本體。監(jiān)控裝置是由組態(tài)王監(jiān)控和LabVIEW監(jiān)控界面組成，實(shí)現(xiàn)對下位機(jī) 的監(jiān)視和控制；控制裝置是由PLC控制系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)對脈沖發(fā)生器的充放電控制；采集裝 置是由充電采集單元和放電采集單元組成，實(shí)現(xiàn)對脈沖發(fā)生器發(fā)電瞬間的波形采集，并通 過LabVIEW顯示和存儲(chǔ)；充放電本體是由LC組成的單頻振蕩回路，實(shí)現(xiàn)電容的充電儲(chǔ)能和 電容及電感組成振蕩回路放電。LabVIEW人機(jī)界面與PLC之間以及LabVIEW與采集電路之 間都采用光電隔離，這使得控制系統(tǒng)具有良好的抗干擾性能，并避免了地電位抬高等因素 可能造成的設(shè)備損壞。
[0015] 電弧運(yùn)動(dòng)發(fā)生裝置可分為充電和放電兩個(gè)過程，充電過程：上位機(jī)首先向PLC發(fā) 送充電指令，PLC收到指令后控制充電開關(guān)閉合，使低壓交流電源經(jīng)變壓器升壓后在經(jīng)過橋 式整流濾波成低壓直流電源后開始對儲(chǔ)能電容開始充電，儲(chǔ)存電容開始儲(chǔ)存能量。放電過 程：當(dāng)充電電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，PLC先控制充電開關(guān)斷開，停止充電，然后控制真空開關(guān)閉 合，是儲(chǔ)能電容和電感組成的單頻振蕩回路向負(fù)載放電。放電的波形經(jīng)過采集電路和波形 處理電路后，通過LabVIEW存儲(chǔ)。
[0016] 參見附圖2,電弧運(yùn)動(dòng)發(fā)生裝置的主電路是由380V三相交流電經(jīng)過40A斷路 器QS，再經(jīng)過40A熔斷器，再經(jīng)過40A接觸器KM，再經(jīng)過1KT的TSGC2-20KVA 380AT420V 30/27. 5A的新型接觸式調(diào)壓器，使它的電壓在(T420V之間連續(xù)可調(diào)，然后再經(jīng)過IT的 ZSG-21KVA 400/1500V 30. 3/8. 08A的干式變壓器，使400V的三相交流電升壓到1500V的三 相交流電，然后再經(jīng)過三相橋式整流濾波，變成直流電給電容器組C2充電，當(dāng)沖到所設(shè)定 的電壓時(shí)，斷開K1，閉合K2,使電容器組C2和電感L組成單頻振蕩回路向負(fù)載放電。
[0017] 參見附圖3,由LabVIEW人機(jī)界面設(shè)定充電電壓數(shù)值，LabVIEW向PLC發(fā)送充電指 令，PLC控制D/A轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換模塊到比例積分電路，比例積分電路控制調(diào)壓器， 使調(diào)壓器輸出合適的電壓，使變壓器升壓到合適的電壓，充電采集系統(tǒng)包括分壓器、差分放 大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和反向電路。充電電路中電容器組上的電壓經(jīng)分壓器分壓、差分放大 電路放大、再由A/D轉(zhuǎn)換電路，將電容器上的電壓值顯示在LabVIEW的監(jiān)控界面上。充電采 集系統(tǒng)采用閉環(huán)反饋的方案消除充電電壓與充電函數(shù)的偏差。
[0018] 參見附圖4，DAC7611是一個(gè)高性能12位D/A轉(zhuǎn)換芯片。DAC7611為串行，占用1/ 〇 口較少，功耗低，性能滿足要求。DAC7611和PLC連接，以及輸出模擬信號(hào)的放大電路，具 體的連接是：CS (2腳)與PLC連接做片選信號(hào)；CLK (3腳)與PLC連接做時(shí)鐘信號(hào)；SDI (4 腳）與PLC連接做串行信號(hào)輸入口；LD (5腳）與PLC連接做下載選通信號(hào)；CLR (6腳）與 PLC連接做異步清零信號(hào)。DAC7611輸出電壓信號(hào)經(jīng)放大電路進(jìn)行放大到電位器調(diào)節(jié)比例 和積分放大電路。電阻R26、R28、R30、C15與運(yùn)放U9B組成比例積分電路，電阻R31、R32與 運(yùn)放U9C組成比例放大電路。
[0019] 參見附圖5,電弧運(yùn)動(dòng)發(fā)生裝置采用阻容分壓器作為分壓電路，根據(jù)阻容分壓器設(shè) 計(jì)結(jié)構(gòu)，R24為高壓臂電阻，R25為低壓臂電阻，與電容C24和C25并聯(lián)成RC網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)分壓 功能。低壓調(diào)節(jié)電路采用線性分壓對直流低壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，電阻R1、R2與R3組成分壓比可調(diào) 的線性分壓電路，R4、C1與R5、C2組成兩路電壓信號(hào)的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，用于抑制電路中的串模干 擾。R6、R7和C3組成對稱的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，用于抑制電路中的共模干擾。U1、U2采用電壓隔離 運(yùn)放AD202,二極管V1、V2、V3和V4反向接入電路中，用于防止浪涌電壓損壞運(yùn)放。差分放 大電路由差分放大器AD629實(shí)現(xiàn)。反向電路的輸入電壓來自差分放大電路的輸出電壓，用 于改變充電反饋電壓的極性，為比例積分電路提供反饋信號(hào)。
[0020] 參見附圖6,放電采集單元由脈沖發(fā)生器、負(fù)載、真空開關(guān)、羅氏線圈、NI公司的 9215和9162高速數(shù)據(jù)采集終端和LabVIEW組成。PLC通過電機(jī)控制真空開關(guān)，在放電之前， 脈沖發(fā)生器處于充電狀態(tài)，PLC控制電機(jī)使真空開關(guān)斷開，電容器組處于充電狀態(tài)；充電結(jié) 束后，PLC控制電機(jī)使真空開關(guān)閉合，電容器組上的電壓通過導(dǎo)體瞬間釋放；放電完畢，PLC 再次控制真空開關(guān)使回路斷開。放電采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對放電信號(hào)的采集和顯示。對電壓信號(hào) 的采集，系統(tǒng)采用降壓、衰減、采集的方案，即高壓先經(jīng)分壓器將為低壓，低壓在經(jīng)衰減后由 NI公司的9215和9162高速數(shù)據(jù)采集終端采集。對電流信號(hào)的采集，系統(tǒng)采用間接測量的 方法：在采集電路中串聯(lián)一個(gè)阻值很小的精密電阻(分流器)。NI公司的9215和9162高速 數(shù)據(jù)采集終端，具有16位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠?qū)﹄妷汉碗娏鞑ㄐ芜M(jìn)行時(shí)間標(biāo)度，并對波形 幅值、極性、時(shí)間等進(jìn)行平移、上下移動(dòng)等操作，也可以進(jìn)行波形比較，還能夠?qū)崟r(shí)讀取各個(gè) 通道的測量數(shù)據(jù)，并在計(jì)算機(jī)界面上顯示波形曲線。
[0021] 參見附圖7，利用金屬化膜電容器250(^?/2000￥，組成容量0.5?/2000￥，固 有電感小于ΙΟΟηΗ，損耗小于0. 15%的脈沖電容器組。電容器米用兩側(cè)固定的方式安 裝在支架上，相鄰支架間采用螺栓固定連接。裝置有4個(gè)組架組成，每個(gè)組架由45臺(tái) MKMJ2-2500電容器組裝而成，分上中下三層，裝置共計(jì)180臺(tái)產(chǎn)品。保護(hù)電路采用快速熔 斷器，實(shí)行分布式保護(hù)及接地，保護(hù)裝置設(shè)置過壓和過流保護(hù)，電容器電壓超過設(shè)定電壓 后即停止充電。雙邊放電裝置可以在充電過程異?；蛘咴囼?yàn)結(jié)束后通過接地電阻將電容 器剩余電荷泄露，每組電容器用一組接地裝置；接地裝置均有位置傳感器，接地電阻：200 Ω /組，功率2〇kW，提高設(shè)備運(yùn)行安全性和可靠性。電抗器4組，每組電感10 μ H，結(jié)構(gòu)形 式：空心電抗，對地絕緣電壓lOkVDC，額定電流50kA/50ms，兩端進(jìn)行結(jié)構(gòu)緊固加強(qiáng)，能夠承 受50ms50KA交流電流應(yīng)力沖擊，電抗器可串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行，組合不同電感值。
【權(quán)利要求】
1. 一種電弧運(yùn)動(dòng)發(fā)生裝置，其特征在于：包括監(jiān)控裝置、控制裝置、采集裝置以及充放 電本體，所述充放電本體設(shè)置為由LC組成的單頻振蕩回路；所述采集裝置包括充電采集單 元和放電采集單元，與充放電本體連接，對充放電本體充電、放電瞬間的波形采集；所述控 制裝置與充放電本體連接，對充放電本體進(jìn)行充電、放電控制；所述監(jiān)控裝置分別與控制裝 置以及采集裝置連接，對控制裝置以及采集裝置進(jìn)行監(jiān)視和控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧運(yùn)動(dòng)發(fā)生裝置，其特征在于：所述控制裝置包括PLC控 制器、D/A轉(zhuǎn)換模塊、比例積分電路、調(diào)壓器以及變壓器，所述PLC控制器與監(jiān)控裝置相連 接，所述D/A轉(zhuǎn)換模塊與PLC控制器相連接，所述比例積分電路與D/A轉(zhuǎn)換模塊相連接，所 述調(diào)壓器與比例積分電路相連接，所述變壓器與所述調(diào)壓器相連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電弧運(yùn)動(dòng)發(fā)生裝置，其特征在于：所述充電采集單元包括分 壓電路、差分放大電路、反向電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路，所述分壓電路與所述差分放大電路相 連接，所述反向電路與所述差分放大電路相連接，所述A/D轉(zhuǎn)換電路與反向電路相連接，所 述監(jiān)控裝置與所述A/D轉(zhuǎn)換電路相連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電弧運(yùn)動(dòng)發(fā)生裝置，其特征在于：所述放電采集單元包括脈 沖電流發(fā)生器、負(fù)載、真空開關(guān)、羅氏線圈、高速數(shù)據(jù)采集終端，所述高速數(shù)據(jù)采集終端與所 述監(jiān)控裝置相連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的電弧運(yùn)動(dòng)發(fā)生裝置，其特征在于：所述監(jiān)控裝 置包括組態(tài)王監(jiān)控和LabVIEW監(jiān)控界面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電弧運(yùn)動(dòng)發(fā)生裝置，其特征在于：所述監(jiān)控裝置與采集裝置 之間、監(jiān)控裝置與控制裝置之間均設(shè)置有光電隔離單元。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK104062521SQ201410125121
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】朱翔鷗, 劉星錦, 顧群芳, 陳上挺, 游穎敏, 吳自然, 葉鵬, 劉剛 申請人:溫州大學(xué)