一種高電壓虛擬實驗平臺的實現(xiàn)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高電壓虛擬實驗平臺的實現(xiàn)方法及系統(tǒng)，實現(xiàn)方法包括依次連接的初始化模塊、充電模塊、放電計算模塊、結果展現(xiàn)模塊；系統(tǒng)包括直流高壓實驗平臺，交流高壓實驗平臺和沖擊高壓實驗平臺，三個實驗平臺相互獨立；直流高壓實驗平臺和交流高壓實驗平臺進行不同距離和不同極性的針板間隙和板板間隙的耐壓實驗，沖擊高壓實驗平臺進行高壓設備的50%沖擊耐壓實驗。采用本發(fā)明可使高壓虛擬實驗投資少，前期準備時間短，維護費用小，安全，方便，學生可以在任何地方借助計算機即可完成實驗，獲取實驗結果。
【專利說明】一種高電壓虛擬實驗平臺的實現(xiàn)方法及系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高電壓虛擬實驗平臺的實現(xiàn)方法及系統(tǒng)，適用于高電壓技術實驗 教學過程中，供學生使用。

【背景技術】
[0002] 高電壓實驗教學是高電壓技術課程教學中的重要組成部分，由于高電壓現(xiàn)場實驗 具有電壓等級高、安全性要求高；高壓設備準備時間長、運行維護費用高；高壓實驗需要多 次重復等特點，未經(jīng)培訓的學生往往不能直接參與現(xiàn)場實驗的操作，而是聽完實驗老師的 講解后結合所得數(shù)據(jù)撰寫實驗報告，缺乏良好的實驗效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對【背景技術】存在的問題，本發(fā)明提供一種高電壓虛擬實驗平臺的實現(xiàn)方法及系 統(tǒng)。
[0004] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案： 一種高電壓虛擬實驗平臺的實現(xiàn)方法，包括依次連接的初始化模塊、充電模塊、放電計 算模塊、結果展現(xiàn)模塊； 初始化模塊，完成虛擬實驗平臺布置、基本實驗參數(shù)的讀取和設置； 充電模塊，對于沖擊電壓發(fā)生器，完成升壓按鈕的操作，觸發(fā)按鈕的操作以及電容充 電電壓的顯示；對于直流高壓發(fā)生器和交流高壓發(fā)生器，完成調(diào)壓器升壓盤的操作和間隙 兩端電壓的顯不； 放電計算模塊，對于沖擊電壓發(fā)生器，完成被試品的放電過程的分析和計算，根據(jù)沖擊 電壓發(fā)生器的輸出電壓波形、放電次數(shù)概率分布、空間電荷游離和去游離的影響、被試品的 電氣性能、溫度、濕度和大氣壓的校正函數(shù)判斷本次放電被試品是否被擊穿；對于直流高壓 發(fā)生器和交流高壓發(fā)生器，完成被試間隙與擊穿電壓關系的計算，包括放電次數(shù)概率分布、 空間電荷游離和去游離的影響、被試品的電氣性能，溫度，濕度和大氣壓的校正函數(shù)判斷 本次放電被試品是否被擊穿； 結果展現(xiàn)模塊，完成沖擊電壓發(fā)生器、直流高壓發(fā)生器和交流高壓發(fā)生器三 種電壓發(fā)生器放電結果的展現(xiàn)，根據(jù)放電計算模塊得出的計算結果展現(xiàn)被試品擊穿或 者未擊穿，同時提供進入下一次實驗場景的入口。
[0005] 所述放電計算模塊中，對被試品的放電過程進行分析和計算具體包括的內(nèi)容為： 1) 環(huán)境溫度，濕度和大氣壓變化的影響：實驗過程中，這些因素對擊穿電壓有很大的影 響，這些影響被同時引入函數(shù)中用來判斷擊穿電壓的大小，以實現(xiàn)虛擬實驗與現(xiàn)場實驗的 關聯(lián)； 2) 由于空間電荷游離和去游離的影響，相同被試品或間隙的擊穿電壓在先后兩次實驗 所得的數(shù)值不完全相同，在分析和計算中引入概率分布理論，實現(xiàn)前后兩次實驗數(shù)據(jù)的不 同。
[0006] 所述放電計算模塊中，判斷本次放電被試品是否被擊穿具體包括的內(nèi)容為： 1) 對于沖擊高壓實驗平臺，在實驗者按壓觸發(fā)按鈕后，首先，從該放電計算模塊的數(shù)據(jù) 庫中找出該被試品的擊穿電壓參考值，然后比較此次觸發(fā)時所有電容儲存的電壓和與參考 值的差值，依放電次數(shù)概率分布、空間電荷游離和去游離的影響、被試品的電氣性能和環(huán)境 判別該差值與擊穿關系的概率分布，取一個隨機變量與本概率分布值之間的乘積決定本次 放電過程被試品是否擊穿； 2) 對于直流高壓實驗平臺和交流高壓實驗平臺，實驗者不斷調(diào)整調(diào)壓盤調(diào)高電壓，首 先從該放電計算模塊的數(shù)據(jù)庫中調(diào)出該種間隙的這一距離對映的擊穿電壓值，與傳遞過來 的電壓值比較，同時考慮環(huán)境與去游離速度而加入的概率分布和隨機變量，決定該次實驗 在一個確定的電壓值擊穿間隙。
[0007] -種基于上述的方法實現(xiàn)的高電壓虛擬實驗平臺系統(tǒng)，包括直流高壓實驗平臺， 交流高壓實驗平臺和沖擊高壓實驗平臺，三個實驗平臺相互獨立；直流高壓實驗平臺和交 流高壓實驗平臺進行不同距離和不同極性的棒板間隙和板板間隙的耐壓實驗，沖擊高壓實 驗平臺進行高壓設備的50%沖擊耐壓實驗。
[0008] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果： 采用本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可使高壓實驗投資少，前期準備時間短，維護費用小，安全， 方便，學生可以在任何地方借助計算機即可完成實驗，獲取實驗結果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明中實現(xiàn)方法的（內(nèi)核）架構圖； 圖2是本發(fā)明中系統(tǒng)的結構圖； 圖3是本發(fā)明系統(tǒng)中沖擊高壓實驗平臺的設計流程圖； 圖4是本發(fā)明系統(tǒng)中直流高壓實驗平臺的設計流程圖； 圖5是本發(fā)明系統(tǒng)中交流高壓實驗平臺的設計流程圖。

【具體實施方式】
[0010] 下面結合附圖所示的實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0011] 在本實施例中，采用Flash軟件實現(xiàn)虛擬實驗平臺界面（S卩：初始化模塊、 充電模塊、結果展現(xiàn)模塊），用Visio C++處理復雜數(shù)據(jù)及計算（S卩：放電計算模塊)，如 圖1所示；具體實施時，還可采用其他類似功能的軟件，不僅僅通過Flash和Visio C++實 現(xiàn)。
[0012] 如圖1所示，一種高電壓虛擬實驗平臺的實現(xiàn)方法，包括依次連接的初始化 模塊、充電模塊、放電計算模塊、結果展現(xiàn)模塊； 初始化模塊，完成虛擬實驗平臺布置、基本實驗參數(shù)的讀取和設置； 充電模塊，對于沖擊電壓發(fā)生器，完成升壓按鈕的操作，觸發(fā)按鈕的操作以及電容充 電電壓的顯示；對于直流高壓發(fā)生器和交流高壓發(fā)生器，完成調(diào)壓器升壓盤的操作和間隙 兩端電壓的顯示。
[0013] 放電計算模塊，對于沖擊電壓發(fā)生器，完成被試品的放電過程的分析和計算，根據(jù) 沖擊電壓發(fā)生器的輸出電壓波形、放電次數(shù)概率分布、空間電荷游離和去游離的影響、被試 品的電氣性能、溫度、濕度和大氣壓的校正函數(shù)等判斷本次放電被試品是否被擊穿；對于直 流高壓發(fā)生器和交流高壓發(fā)生器，完成被試間隙與擊穿電壓關系的計算，包括放電次數(shù)概 率分布、空間電荷游離和去游離的影響、被試品的電氣性能，溫度，濕度和大氣壓的校正函 數(shù)等判斷本次放電被試品是否被擊穿； 結果展現(xiàn)模塊，完成沖擊電壓發(fā)生器、直流高壓發(fā)生器和交流高壓發(fā)生器三種電壓發(fā) 生器放電結果的展現(xiàn)，根據(jù)放電計算模塊得出的計算結果展現(xiàn)被試品擊穿或者未擊穿，同 時提供進入下一次實驗場景的入口。
[0014] 放電計算模塊中，對被試品的放電過程進行分析和計算具體包括的內(nèi)容(實現(xiàn)過 程）為： 1)環(huán)境溫度，濕度和大氣壓變化的影響，實驗過程中，這些因素對擊穿電壓有很大的影 響，這些影響被同時引入函數(shù)中用來判斷擊穿電壓的大小。以實現(xiàn)虛擬實驗與現(xiàn)場實驗的 關聯(lián)。
[0015] 2)由于空間電荷游離和去游離的影響，相同被試品或間隙的擊穿電壓在先后兩次 實驗所得的數(shù)值不完全相同，在分析和計算中引入概率分布理論，實現(xiàn)前后兩次實驗數(shù)據(jù) 的不同。
[0016] 放電計算模塊中，判斷本次放電被試品是否被擊穿具體包括的內(nèi)容(實現(xiàn)過 程）為： 1)對于沖擊虛擬高壓實驗，在實驗者按壓觸發(fā)按鈕后，將激發(fā)Visual C++事件，首先， 從數(shù)據(jù)庫中找出該被試品的擊穿電壓參考值，然后比較此次觸發(fā)時所有電容儲存的電壓和 與參考值的差值，依放電次數(shù)概率分布、上次試驗的擊穿與否、被試品的電氣性能和環(huán)境判 別該差值與擊穿關系的概率分布，取一個隨機變量與本概率分布值之間的乘積決定本次放 電過程被試品是否擊穿。
[0017] 2)對于直流虛擬高壓實驗和交流虛擬高壓實驗，當實驗者不斷調(diào)整調(diào)壓盤調(diào)高電 壓時，該不斷變化的電壓值將激發(fā)Visual C++事件，首先從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出該種間隙的這一 距離對映的擊穿電壓值，與傳遞過來的電壓值比較，同時考慮環(huán)境與去游離速度而加入的 概率分布和隨機變量，決定該次實驗在某一確定的電壓值擊穿間隙。
[0018] 一種基于上述的方法實現(xiàn)的高電壓虛擬實驗平臺系統(tǒng)，包括直流高壓實驗平臺， 交流高壓實驗平臺和沖擊高壓實驗平臺，三個實驗平臺相互獨立；直流高壓實驗平臺和交 流高壓實驗平臺進行不同距離和不同極性的針板間隙和板板間隙的耐壓實驗，沖擊高壓實 驗平臺進行高壓設備的50%沖擊耐壓實驗。
[0019] 下面分別對直流高壓實驗平臺，交流高壓實驗平臺和沖擊高壓實驗平臺進行詳細 說明： 1、沖擊高壓虛擬實驗平臺 本實驗平臺界面由Flash實現(xiàn)，實驗設備用3D Max搭建，其中包括的實驗設備有：8級 沖擊電壓發(fā)生器本體，測量用高壓分壓器，示波器，被試品，充電開關，觸發(fā)放電開關。
[0020] 沖擊高壓虛擬平臺由Flash與Visual C++交互作用顯示的數(shù)據(jù)包括：沖擊電壓發(fā) 生器中單個電容的充電電壓值和示波器顯示的沖擊電壓波形峰值。
[0021] 沖擊高壓虛擬平臺設計流程如圖3所示。以升降法測試50%沖擊放電電壓試驗為 例： 1)查閱參考文獻和標準，獲取標準規(guī)定的該電壓等級的被試品的50%耐受電壓作為參 考值。
[0022] 2)根據(jù)標準規(guī)定的被試品50%耐受電壓值試探地加電壓到充電電容上，觸發(fā)后如 不擊穿，下次充電在該電壓基礎上增加一定百分比AU ,標準規(guī)定AU為1.5%-3%;如擊穿， 下次充電在該電壓基礎上降低一定百分比AU。
[0023] 3)重復上述操作，完成標準規(guī)定的實驗次數(shù)。
[0024] 4)按標準要求的計算公式計算該被試品的50%沖擊擊穿電壓。
[0025] 優(yōu)選的是，本設計考慮了在沖擊高壓實驗過程中，溫度，濕度和大氣壓對實驗結果 數(shù)據(jù)的影響，這些影響通過Visual C++函數(shù)調(diào)用數(shù)據(jù)庫反映到實驗結果中。
[0026] 優(yōu)選的是，本設計考慮到帶電粒子游離和去游離對相連兩次實驗電壓結果的影 響，這種影響通過概率分布系數(shù)的形式反映到實驗結果中。
[0027] 2、直流高壓虛擬實驗平臺 直流高壓虛擬實驗平臺界面由Flash實現(xiàn)，實驗設備用3D Max搭建，其中包括的實驗設 備有：調(diào)壓器，6級高壓直流發(fā)生器本體，測量用高壓分壓器，可調(diào)整距離的（正）棒(負）板， (負）棒(正）板和板板間隙，調(diào)壓器調(diào)壓開關。
[0028] 直流高壓虛擬實驗平臺進行不同距離和不同極性的針板間隙及板板間隙的耐壓 實驗，本發(fā)明中直流高壓虛擬實驗可進行(正）棒(負）板，（負）棒(正）板，板板間隙與間隙距 離范圍為0. lm - 1. lm以每0.01m步長連續(xù)可調(diào)的多種組合型式的實驗。
[0029] 直流高壓虛擬實驗平臺Flash與Visual C++交互作用顯示的數(shù)據(jù)包括：調(diào)壓器低 壓側電壓值，間隙距離和擊穿電壓值。
[0030] 本實驗平臺設計流程如圖4。首先根據(jù)要求選擇實驗間隙種類，使用調(diào)壓器調(diào)壓盤 升壓，升壓方式需符合國家標準要求，直到擊穿，調(diào)壓器回零。準備進行下一次實驗。
[0031] 優(yōu)選的是，本設計考慮了在直流高壓實驗過程中，溫度，濕度和大氣壓對實驗結果 數(shù)據(jù)的影響，這些影響通過Visual C++函數(shù)調(diào)用數(shù)據(jù)庫反映到實驗結果中。
[0032] 優(yōu)選的是，本設計考慮到帶電粒子游離和去游離對相連兩次實驗電壓結果的影 響，這種影響通過概率分布系數(shù)的形式反映到實驗結果中。
[0033] 3、交流高壓虛擬實驗平臺 交流高壓虛擬實驗平臺界面由Flash實現(xiàn)，實驗設備用3D Max搭建，其中包括的實驗設 備有：調(diào)壓器，2級交流高壓發(fā)生器，測量用高壓分壓器，可調(diào)整距離的球球間隙、棒板間隙 和板板間隙，調(diào)壓器調(diào)壓開關。
[0034] 交流高壓虛擬實驗平臺進行不同距離和球球間隙、棒板間隙及板板間隙的耐壓實 驗，本發(fā)明中交流高壓虛擬實驗可進行球球間隙、棒板間隙和板板間隙與間隙距離范圍為 0. lm一1. lm以每0. 01m步長連續(xù)可調(diào)的多種組合型式的實驗。
[0035] 交流高壓虛擬實驗平臺Flash與Visual C++交互作用顯示的數(shù)據(jù)包括：調(diào)壓器低 壓側電壓值，間隙距離和擊穿電壓值。
[0036] 本實驗平臺設計流程如圖5所示。首先根據(jù)要求選擇實驗間隙種類，使用調(diào)壓器 調(diào)壓盤升壓，升壓方式需符合國家標準要求，直到擊穿，調(diào)壓器回零。準備進行下一次實驗。 [0037] 優(yōu)選的是，本設計考慮了在交流高壓實驗過程中，溫度，濕度和大氣壓對實驗結果 數(shù)據(jù)的影響，這些影響通過Visual C++函數(shù)調(diào)用數(shù)據(jù)庫反映到實驗結果中。
[0038] 優(yōu)選的是，本設計考慮到帶電粒子游離和去游離對相連兩次實驗電壓結果的影 響，這種影響通過概率分布系數(shù)的形式反映到實驗結果中。
[0039] 本發(fā)明的所有虛擬實驗平臺集成到一個軟件中，并固化到計算機內(nèi)，學生可在固 化程序的計算機中完成實驗。
[0040] 所有虛擬實驗設備采用真實圖像和3Dmax制作完成，使設備更加真實，幫助學生 了解各種高電壓實驗設備。
[0041] 具體操作時，學生首先聽取實驗人員對實驗原理、步驟、設備的講解，觀摩實驗人 員在現(xiàn)場實驗平臺上的操作過程；觀摩完實驗過程后，學生在高電壓虛擬實驗平臺上完成 剩下的實驗步驟。得出數(shù)據(jù)，完成報告。
【權利要求】
1. 一種高電壓虛擬實驗平臺的實現(xiàn)方法，其特征在于：包括依次連接的初始化模塊、 充電模塊、放電計算模塊、結果展現(xiàn)模塊； 初始化模塊，完成虛擬實驗平臺布置、基本實驗參數(shù)的讀取和設置； 充電模塊，對于沖擊電壓發(fā)生器，完成升壓按鈕的操作，觸發(fā)按鈕的操作以及電容充 電電壓的顯示；對于直流高壓發(fā)生器和交流高壓發(fā)生器，完成調(diào)壓器升壓盤的操作和間隙 兩端電壓的顯不； 放電計算模塊，對于沖擊電壓發(fā)生器，完成被試品的放電過程的分析和計算，根據(jù)沖擊 電壓發(fā)生器的輸出電壓波形、放電次數(shù)概率分布、空間電荷游離和去游離的影響被試品的 電氣性能，溫度，濕度和大氣壓的校正函數(shù)判斷本次放電被試品是否被擊穿；對于直流高 壓發(fā)生器和交流高壓發(fā)生器，完成被試間隙與擊穿電壓關系的計算，包括放電次數(shù)概率分 布、空間電荷游離和去游離的影響、被試品的電氣性能，溫度，濕度和大氣壓的校正函數(shù)判 斷本次放電被試品是否被擊穿； 結果展現(xiàn)模塊，完成沖擊電壓發(fā)生器、直流高壓發(fā)生器和交流高壓發(fā)生器三 種電壓發(fā)生器放電結果的展現(xiàn)，根據(jù)放電計算模塊得出的計算結果展現(xiàn)被試品擊穿或 者未擊穿，同時提供進入下一次實驗場景的入口。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種高電壓虛擬實驗平臺的實現(xiàn)方法，其特征在于： 所述放電計算模塊中，對被試品的放電過程進行分析和計算具體包括的內(nèi)容為： 1) 環(huán)境溫度，濕度和大氣壓變化的影響：實驗過程中，這些因素對擊穿電壓有很大的影 響，這些影響被同時引入函數(shù)中用來判斷擊穿電壓的大小，以實現(xiàn)虛擬實驗與現(xiàn)場實驗的 關聯(lián)； 2) 由于空間電荷游離和去游離的影響，相同被試品或間隙的擊穿電壓在先后兩次實驗 所得的數(shù)值不完全相同，在分析和計算中引入概率分布理論，實現(xiàn)前后兩次實驗數(shù)據(jù)的不 同。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種高電壓虛擬實驗平臺的實現(xiàn)方法，其特征在于：所述放 電計算模塊中，判斷本次放電被試品是否被擊穿具體包括的內(nèi)容為： 1) 對于沖擊高壓實驗平臺，在實驗者按壓觸發(fā)按鈕后，首先，從該放電計算模塊的數(shù)據(jù) 庫中找出該被試品的擊穿電壓參考值，然后比較此次觸發(fā)時所有電容儲存的電壓和與參考 值的差值，依放電次數(shù)概率分布、上次試驗的擊穿與否、被試品的電氣性能和環(huán)境判別該差 值與擊穿關系的概率分布，取一個隨機變量與本概率分布值之間的乘積決定本次放電過程 被試品是否擊穿； 2) 對于直流高壓實驗平臺和交流高壓實驗平臺，實驗者不斷調(diào)整調(diào)壓盤調(diào)高電壓，首 先從該放電計算模塊的數(shù)據(jù)庫中調(diào)出該種間隙的這一距離對映的擊穿電壓值，與傳遞過來 的電壓值比較，同時考慮環(huán)境與去游離速度而加入的概率分布和隨機變量，決定該次實驗 在一個確定的電壓值擊穿間隙。
4. 一種基于權利要求1所述的方法實現(xiàn)的高電壓虛擬實驗平臺系統(tǒng)，其特征在于：包 括直流高壓實驗平臺，交流高壓實驗平臺和沖擊高壓實驗平臺，三個實驗平臺相互獨立；直 流高壓實驗平臺和交流高壓實驗平臺進行不同距離和不同極性的棒板間隙和板板間隙的 耐壓實驗，沖擊高壓實驗平臺進行高壓設備的50%沖擊耐壓實驗。
【文檔編號】G01R31/12GK104062563SQ201410285564
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權日:2014年6月24日
【發(fā)明者】陶勁松 申請人:武漢大學