一種故障電弧模擬發(fā)生裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種故障電弧模擬發(fā)生裝置，包括電源、固定底座、滑塊、移動電極、固定塊、固定電極、以及驅(qū)動滑塊在固定底座上橫向移動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，電源的正極及負(fù)極分別與固定電極及移動電極相連接;所述固定塊及驅(qū)動機(jī)構(gòu)分別固定于固定底座的左右兩側(cè)，滑塊的下端設(shè)有凸起，固定底座上表面橫向開設(shè)有與滑塊下端凸起相配合的卡槽，驅(qū)動機(jī)構(gòu)的輸出軸與滑塊的側(cè)面相連接，移動電極固定在滑塊上，固定電極固定在固定塊上，本發(fā)明還提供了一種故障電弧模擬發(fā)生方法。本發(fā)明可以自動完成對兩電極之間距離的調(diào)整，操作安全、有效。
【專利說明】一種故障電弧模擬發(fā)生裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣體放電領(lǐng)域，具體涉及一種故障電弧模擬發(fā)生裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣化程度越來越高，電路保護(hù)也越來越重要。電弧能量大，溫度高，持續(xù)時間短，電流很小，一旦出現(xiàn)擊穿點(diǎn)則會頻繁出現(xiàn)。電弧放電時，會產(chǎn)生大量的熱，能引燃周圍的易燃易爆品，造成火災(zāi)甚至爆炸，對電力系統(tǒng)的危害極大。隨著電弧故障引起的事故越來越凸顯，對電弧故障進(jìn)行檢測的要求越來越迫切，比如，《中國火災(zāi)統(tǒng)計年鑒》顯示，因電氣原因引發(fā)的火災(zāi)在各類火災(zāi)中高居榜首，約有30%的火災(zāi)是由住宅電氣線路老化或配置不合理造成的，并正以平均每年1%的速度持續(xù)上升，6.6%的人在使用插座板時曾有被電擊的經(jīng)歷；美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)指出電氣故障是無數(shù)商業(yè)飛機(jī)事故的主要問題；軍方也認(rèn)為電氣故障是造成安全問題和飛機(jī)不能準(zhǔn)時起飛的重要原因。在引起這些事故的電氣原因中，電弧故障是主要的原因之一，由于傳統(tǒng)電路斷路器是根據(jù)電流的過載情況(I2t)設(shè)計的，而許多嚴(yán)重的電氣事故卻是由低電流的故障電弧引起的，因此不能滿足電弧故障檢測這個要求。
[0003]為了在實(shí)驗(yàn)室條件下研究故障電弧特性及檢測的方法，需要搭建電弧故障試驗(yàn)平臺，設(shè)計一種電弧模擬發(fā)生裝置來模擬故障電弧的產(chǎn)生、電弧在小間隙中的發(fā)展直至大間隙下的熄弧的完整過程，并能夠近距離觀察電弧發(fā)生過程，同時能夠保證電弧特性參數(shù)(燃弧電流、電弧電壓、燃弧時間)的準(zhǔn)確定量分析及故障電弧檢測等方面的試驗(yàn)研究。
[0004]目前己有類似的模擬故障電弧發(fā)生裝置，這種電弧發(fā)生裝置可以通過手動調(diào)節(jié)電極之間的距離來模擬電弧產(chǎn)生，但是在調(diào)節(jié)電極的過程中只能通過手動調(diào)節(jié)，不僅不安全，而且也無法精細(xì)的調(diào)節(jié)電極距離并且實(shí)現(xiàn)，同時也沒有辦法控制電極移動的速度，無法進(jìn)行多種可變試驗(yàn)條件下電弧的特性研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種故障電弧模擬發(fā)生裝置及方法，該裝置和方法可以自動完成對兩電極的操作，安全、有效。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的故障電弧模擬發(fā)生裝置包括電源、固定底座、滑塊、移動電極、固定塊、固定電極、以及驅(qū)動滑塊在固定底座上橫向移動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，電源的正極及負(fù)極分別與固定電極及移動電極相連接；
[0007]所述固定塊及驅(qū)動機(jī)構(gòu)分別固定于固定底座的左右兩側(cè)，滑塊的下端設(shè)有凸起，固定底座上表面橫向開設(shè)有與滑塊下端凸起相配合的卡槽，驅(qū)動機(jī)構(gòu)的輸出軸與滑塊相連接，移動電極固定在滑塊上，固定電極固定在固定塊上。
[0008]所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)有步進(jìn)電機(jī)及絲杠，步進(jìn)電機(jī)連接有用于控制步進(jìn)電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速的控制器，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與絲杠的一端相連接，絲杠的另一端與滑塊相連接，滑塊上開設(shè)有與絲杠相配合的螺紋孔。[0009]所述滑塊及固定塊上分別固定有第一絕緣夾鉗及第二絕緣夾鉗，固定電極固定在第二絕緣夾鉗上，移動電極固定在第一絕緣夾鉗上。
[0010]所述第一絕緣夾鉗上固定有第一鐵板，第一絕緣夾鉗上開設(shè)有第一 V型槽，移動電極放置于所述第一 V型槽內(nèi)，第一鐵板上開設(shè)有用于穿過螺釘固定第一 V型槽內(nèi)移動電極的孔。
[0011]所述第二絕緣夾鉗上固定有第二鐵板，第二絕緣夾鉗開設(shè)有第二 V型槽，固定電極放置于第二 V型槽內(nèi)，第二鐵板上開設(shè)有用于穿過螺釘固定第二 V型槽內(nèi)固定電極的孔。
[0012]所述滑塊通過聚乙烯材料制作而成。
[0013]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種故障電弧模擬發(fā)生方法，包括以下步驟:
[0014]I)將移動電極及固定電極與電源相連接；
[0015]2)用戶在控制器中預(yù)設(shè)移動電極移動的位移參數(shù)、速度參數(shù)及方向參數(shù)，控制器根據(jù)用戶預(yù)設(shè)的位移參數(shù)、速度參數(shù)及方向參數(shù)控制步進(jìn)電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)動速度及轉(zhuǎn)動方向，步進(jìn)電機(jī)輸出軸通過絲杠帶動滑塊移動，使固定電極與移動電極之間產(chǎn)生相應(yīng)的故障電弧。
[0016]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017]本發(fā)明所述的故障電弧模擬發(fā)生裝置設(shè)有固定電極及移動電極，移動電極固定在滑塊上，滑塊的側(cè)面與驅(qū)動機(jī)構(gòu)相連接，在調(diào)整移動電極與固定電極之間間距的過程中，通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動滑塊在固定底座上進(jìn)行橫向滑動，從而調(diào)整移動電極與固定電極之間的距離，避免手動調(diào)節(jié)的弊端。
[0018]本發(fā)明所述的故障電弧模擬發(fā)生方法在調(diào)節(jié)固定電極與移動電極之間的間距時，用戶通過向控制器中輸入所需模擬的故障電弧的參數(shù)，控制器即可根據(jù)用戶輸入的故障電極的參數(shù)控制步進(jìn)電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)動速度及轉(zhuǎn)動方向，再通過步進(jìn)電機(jī)輸出軸調(diào)節(jié)移動電極的移動速度及方向，從而提高調(diào)整移動電極與固定電極間距時的準(zhǔn)確性。同時通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電極移動，可以保證相同實(shí)驗(yàn)條件下電弧參數(shù)的準(zhǔn)確性以及電弧參數(shù)的多樣性，實(shí)現(xiàn)多種故障電弧的模擬。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明中固定底座5的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明中固定底座5與滑塊6及固定塊4之間的連接關(guān)系圖；
[0022]其中，I為步進(jìn)電機(jī)、2為移動電極、3為固定電極、4為固定塊、5為固定底座、6為滑塊、7為絲杠、8為第一絕緣夾鉗、9為第二絕緣夾鉗、10為第一鐵板、11為第二鐵板。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0024]參考圖1、圖2及圖3，本發(fā)明所述的故障電弧模擬發(fā)生裝置包括電源、固定底座5、滑塊6、移動電極2、固定塊4、固定電極3、以及驅(qū)動滑塊6在固定底座5上橫向移動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，電源的正極及負(fù)極分別與固定電極3及移動電極2相連接，所述滑塊6通過聚乙烯材料制作而成。[0025]所述固定塊4及驅(qū)動機(jī)構(gòu)分別固定于固定底座5的左右兩側(cè)，滑塊6的下端設(shè)有凸起，固定底座5上表面橫向開設(shè)有與滑塊6下端凸起相配合的卡槽，驅(qū)動機(jī)構(gòu)的輸出軸與滑塊6的側(cè)面相連接，移動電極2固定在滑塊6上，固定電極3固定在固定塊4上。優(yōu)選的，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)有步進(jìn)電機(jī)I及絲杠7，步進(jìn)電機(jī)I連接有用于控制步進(jìn)電機(jī)I輸出軸轉(zhuǎn)速的控制器，步進(jìn)電機(jī)I的輸出軸與絲杠7的一端相連接，絲杠7的另一端與滑塊6相連接，滑塊6上開設(shè)有與絲杠7相配合的螺紋孔。
[0026]所述滑塊6及固定塊4上分別固定有第一絕緣夾鉗8及第二絕緣夾鉗9，固定電極3固定在第二絕緣夾鉗9上，移動電極2固定在第一絕緣夾鉗8上，所述第一絕緣夾鉗8上固定有第一鐵板10，第一絕緣夾鉗8上開設(shè)有第一 V型槽，移動電極2放置于第一 V型槽內(nèi)，第一鐵板10上開設(shè)有用于穿過螺釘固定第一 V型槽內(nèi)移動電極2的孔，所述第二絕緣夾鉗9上固定有第二鐵板11，第二絕緣夾鉗9上開設(shè)有第二 V型槽，固定電極3放置于第二V型槽內(nèi)，第二鐵板11上開設(shè)有用于穿過螺釘固定第二 V型槽內(nèi)固定電極3的孔。本發(fā)明中采用直徑為6mm、7mm、8mm、IOmm的銅棒作為移動電極2及固定電極3。
[0027]本發(fā)明所述的故障電弧模擬發(fā)生方法包括以下步驟:
[0028]I)將移動電極2及固定電極3與電源相連接；
[0029]2)用戶在控制器中預(yù)設(shè)移動電極2移動的位移參數(shù)、速度參數(shù)及方向參數(shù)，控制器根據(jù)用戶預(yù)設(shè)的位移參數(shù)、速度參數(shù)及方向參數(shù)控制步進(jìn)電機(jī)I輸出軸的轉(zhuǎn)動速度及轉(zhuǎn)動方向，步進(jìn)電機(jī)I輸出軸通過絲杠7帶動滑塊6移動，使固定電極3與移動電極2之間產(chǎn)生相應(yīng)的故障電弧。
[0030]需要說明的是，電弧產(chǎn)生裝置的移動電極2是由步進(jìn)電機(jī)I來拖動的，步進(jìn)電機(jī)I是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)I件?？刂破鹘邮盏揭粋€脈沖信號后，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)I按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，從而帶動絲杠7轉(zhuǎn)動，絲杠7與滑塊6內(nèi)螺紋孔相配合，從而實(shí)現(xiàn)滑塊6的移動。在實(shí)際試驗(yàn)過程中，可以通過步進(jìn)電機(jī)I的編程界面，改變移動電極2移動的距離以及移動電極2分離的速度以對電弧的相關(guān)特性進(jìn)行試驗(yàn)研究，故障電弧產(chǎn)生裝置以及步進(jìn)電機(jī)I共同組成了故障電弧發(fā)生器，用截面積為16mm的電纜將固定電極3和移動電極2分別和負(fù)載電阻一起串聯(lián)入電路中，當(dāng)給電路施以一定值的電壓以后，給步進(jìn)電機(jī)I編寫程序，使其以給定的速度將兩電極分離至給定的距離，從而產(chǎn)生指定參數(shù)的電弧(電弧是電極分離瞬間產(chǎn)生的)。
【權(quán)利要求】
1.一種故障電弧模擬發(fā)生裝置，其特征在于，包括電源、固定底座(5)、滑塊(6)、移動電極(2)、固定塊(4)、固定電極(3)、以及驅(qū)動滑塊(6)在固定底座(5)上橫向移動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，電源的正極及負(fù)極分別與固定電極⑶及移動電極⑵相連接； 所述固定塊(4)及驅(qū)動機(jī)構(gòu)分別固定于固定底座(5)的左右兩側(cè)，滑塊(6)的下端設(shè)有凸起，固定底座(5)上表面橫向開設(shè)有與滑塊(6)下端凸起相配合的卡槽，驅(qū)動機(jī)構(gòu)的輸出軸與滑塊(6)相連接，移動電極(2)固定在滑塊(6)上，固定電極(3)固定在固定塊(4)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障電弧模擬發(fā)生裝置，其特征在于，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)有步進(jìn)電機(jī)⑴及絲杠(7)，步進(jìn)電機(jī)⑴連接有用于控制步進(jìn)電機(jī)⑴輸出軸轉(zhuǎn)速的控制器，步進(jìn)電機(jī)(I)的輸出軸與絲杠(7)的一端相連接，絲杠(7)的另一端與滑塊(6)相連接，滑塊(6)上開設(shè)有與絲杠(7)相配合的螺紋孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障電弧模擬發(fā)生裝置，其特征在于，所述滑塊(6)及固定塊(4)上分別固定有第一絕緣夾鉗(8)及第二絕緣夾鉗(9)，固定電極(3)固定在第二絕緣夾鉗(9)上，移動電極(2)固定在第一絕緣夾鉗⑶上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的故障電弧模擬發(fā)生裝置，其特征在于，所述第一絕緣夾鉗(8)上固定有第一鐵板(10)，第一絕緣夾鉗(8)上開設(shè)有第一 V型槽，移動電極(2)放置于所述第一 V型槽內(nèi)，第一鐵板(10)上開設(shè)有用于穿過螺釘固定第一 V型槽內(nèi)移動電極(2)的孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的故障電弧模擬發(fā)生裝置，其特征在于，所述第二絕緣夾鉗(9)上固定有第二鐵板(H)，第二絕緣夾鉗(9)開設(shè)有第二 V型槽，固定電極(3)放置于第二 V型槽內(nèi)，第二鐵板(11)上開設(shè)有用于穿過螺釘固定第二 V型槽內(nèi)固定電極(3)的孔。`
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障電弧模擬發(fā)生裝置，其特征在于，所述滑塊(6)通過聚乙烯材料制作而成。
7.一種故障電弧模擬發(fā)生方法，基于權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，包括以下步驟: 1)將移動電極⑵及固定電極(3)與電源相連接； 2)用戶在控制器中預(yù)設(shè)移動電極(2)移動的位移參數(shù)、速度參數(shù)及方向參數(shù)，控制器根據(jù)用戶預(yù)設(shè)的位移參數(shù)、速度參數(shù)及方向參數(shù)控制步進(jìn)電機(jī)(I)輸出軸的轉(zhuǎn)動速度及轉(zhuǎn)動方向，步進(jìn)電機(jī)⑴輸出軸通過絲杠(7)帶動滑塊(6)移動，使固定電極(3)與移動電極(2)之間產(chǎn)生相應(yīng)的故障電弧。
【文檔編號】G01R31/02GK103513149SQ201310419310
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】汲勝昌, 劉源 申請人:西安交通大學(xué)