一种开关电器电弧与电接触实验装置及接触电阻测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种开关电器电弧与电接触实验装置及接触电阻测量方法，属于触点开关电器电弧与电接触技术领域，利用一套教学实验装置实现电器的发热、电弧、电接触理论的多个特性实验，能够有效降低实验成本、并且方便实验设备的维护，为本专业师生开展电器基础理论的实验教学提供有利条件；针对目前的电器电弧与电接触理论教学内容，本发明专利技术可以进行以下实验项：(1)不同负载条件下直流电弧的静态、动态伏安特性实验；(2)直流电弧熄灭原理实验；(3)交流电弧动态伏安特性实验；(4)交流电弧灭弧原理实验；(5)接触电阻特性测量实验；(6)Φ‑θ理论验证实验；(7)不同工作制下的电器发热特性实验。

Electric arc and electric contact experiment device of switch apparatus and contact resistance measurement method

The invention provides a method for switching arc electrical contact with the experimental device and the contact resistance measurement method, which belongs to the electric arc contact switch electrical contact with the technical field, several experiments to achieve electrical appliances using a set of teaching experimental device of heating, electric arc, electric contact theory, can effectively reduce the experimental cost, convenient maintenance and test equipment, provide favorable conditions for the teachers and students to carry out the experimental teaching of electrical theory; for the current electric arc and electric contact theory teaching content, the invention can carry out the following experiments: (1) the different load conditions of DC arc static and dynamic V-A characteristic experiment; (2) DC arc extinguishing principle experiment; (3) the experimental I-V characteristics of AC arc dynamic; (4) AC arc arc experiment principle; (5) measurement of contact resistance characteristics; (6) Phi theta theory verified Test results: (7) electrical heating characteristics of different working systems.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于触点开关电器电弧与电接触
，具体涉及一种开关电器电弧与电接触实验装置及接触电阻测量方法。
技术介绍
电器的基础理论对于开关电器的设计与选用非常关键；目前全国有近30余所高校的本科专业开设《电器学》、《高低压电器》等课程，为学生讲授开关电器的发热、电动力、电弧和电接触、电磁系统等基础理论。然而，开关电器的电弧与电接触理论的理论性较强、非常抽象，单纯通过课堂上的理论教学使学生理解起来非常困难，难以取得较好的教学效果，直接影响到本专业学生的培养质量。为了进一步加深学生对电弧与电接触理论的理解，提高学生对所学基础理论的应用能力，特别是随着“教与学”改革的不断深入、学生对于增强自身动手技能的愿望越来越强烈，在这样的大背景下，非常有必要开展电器基础理论的实验教学。然而，由于种种原因，目前市场上的各类电器教学实验装置或者完全没有涉及到电器基础理论的实验项目，或者性能单一、设备仪器杂散、并且仅能完成一种电器基础理论的特性实验，无法满足电器基础理论实验教学的需要。因此，研制一种功能完善、集成度高、便于维护的集开关电器发热、电弧与电接触理论等特性实验于一体的教学实验装置是十分必要的。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种开关电器电弧与电接触实验装置及接触电阻测量方法，利用一套教学实验装置实现电器的发热、电弧、电接触理论的多个特性实验，能够有效降低实验成本、并且方便实验设备的维护，为本专业师生开展电器基础理论的实验教学提供有利条件。一种开关电器电弧与电接触实验装置，包括电源、负载、电弧发生装置、控制模块、信号调理模块和上位机；其中，所述的电源、负载、电弧发生装置组成串联回路，电弧发生装置的输入端连接控制模块的输出端，电弧发生装置的输出端连接信号调理模块的输入端，信号调理模块的输出端连接上位机的输入端；所述的电弧发生装置，包括：步进电机、联轴器、丝杆、滑台底座、第一挡板、第二挡板、第一长连杆、第二长连杆、电木绝缘盒体、压力传感器、弹簧、第一短连杆、第二短连杆、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、静触头座、电磁铁支架、电磁铁线圈、动触头座、静触头、动触头、电缆栓接电极、高速摄像机、红外热像仪、电压传感器和电流传感器；所述的步进电机输出轴穿过滑台底座的一侧端面，且通过联轴器连接丝杆的一端，丝杆的另一端穿过第一挡板通过轴承固定于滑台底座的另一侧端面，丝杆与第一挡板之间通过螺纹连接；所述的第一挡板和第二挡板均设置有两个通孔，第一长连杆的一端固定于电木绝缘盒体内部一侧端，第一长连杆的另一端依次穿过第一挡板的一个通孔和第二挡板的一个通孔，并固定于电木绝缘盒体内部另一侧端；所述的第二长连杆与第一长连杆并列设置，第二长连杆的一端固定于电木绝缘盒体内部一侧端，第一长连杆的另一端依次穿过第一挡板的另一通孔和第二挡板的另一通孔，并固定于电木绝缘盒体内部另一侧端；第一挡板和第二挡板在电木绝缘盒体内部延第一长连杆和第二长连杆滑动；所述的第一挡板通过动触头座设置有动触头，第二挡板通过静触头座设置有静触头，且静触头与动触头相向设置；动触头座的末端和静触头座的末端均设置有电缆栓接电极；动触头座通过电磁铁支架设置电磁铁线圈；静触头座上分别设置有第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器；所述的压力传感器通过第一短连杆和第二短连杆固定于第二挡板与电木绝缘盒体之间，且第二短连杆上设置有弹簧；所述的动触头座上端依次设置有第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，静触头的电缆栓接电极与动触头电缆栓接电极之间设置有电压互感器、电流互感器和限流电阻，静触头和动触头的一侧设置有高速摄像机和红外热像仪。所述的控制模块，包括接触电阻测量电路、单片机、步进电机驱动器、按键输入模块和液晶显示器；其中，所述的接触电阻测量电路两端分别通过两个开关连接静触头的电缆栓接电极和动触头的电缆栓接电极，所述的接触电阻测量电路，包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、一个标准电阻、第一电压表和第二电压表，其中，第一三极管的基极、第二三极管的基极、第三三极管的基极和第四三极管的基极连接单片机，第一三极管的集电极连接第四三极管的集电极，并同时连接标准电阻的一端，第四三极管的发射极连接第三三极管的发射极，并同时接地，第二三极管的集电极连接第三三极管的集电极，并同时连接动触头电极接口，第一三极管的发射极连接第二三极管的发射极，并同时连接电源内部的直流可调电源；所述的标准电阻的另一端连接静触头电极接口；所述的第一电压表连接标准电阻的两端，第二电压表连接静触头的的电缆栓接电极与动触头的电缆栓接电极。所述的电磁铁线圈，可替换为灭弧栅片或者永磁体。所述的电源，包括直流可调电源和交流可调电源。所述的负载，包括电阻负载、电感负载和电容负载。所述的上位机，包括内置数据采集卡的PC机和显示器。压力传感器的输出端、第一温度传感器的输出端、第二温度传感器的输出端、第三温度传感器的输出端、高速摄像机的输出端和红外热像仪的输出端连接信号调理模块。所述的单片机，基于接触电阻测量电路，采用脉冲法测量接触电阻，获得接触电阻与压力特性曲线。采用开关电器电弧与电接触实验装置进行的接触电阻测量方法，包括以下步骤：步骤1、闭合静触头的电极接口和动触头电极接口的两个开关；步骤2、控制步进电机，使动触头和静触头接触；步骤3、通过压力传感器采集动触头和静触头两端的压力；步骤4、单片机控制第二三极管和第四三极管关断，同时单片机产生短时脉冲信号使第一三极管和第三三极管短时导通；步骤5、调节直流电源，增大通过动触头和静触头的短时电流；步骤6、通过第一电压表采集标准电阻两端的电压值，获得通过动触头和静触头的电流值；步骤7、通过第二电压表采集标准动触头和静触头两端的电压值；步骤8、根据测得的动触头和静触头两端电压与流过触头的电流获得动触头和静触头之间的接触电阻；步骤9、单片机控制第一三极管和第三三极管关断，同时单片机产生短时脉冲信号使第二三极管和第四三极管短时导通，返回步骤5至步骤8；步骤10、重复执行步骤4至步骤9，获得多次测量的接触电阻，求平均值获得最终的接触电阻；步骤11、调节动触头和静触头的之间的压力大小，重复步骤4至步骤9，获得接触电阻与压力特性曲线。本专利技术优点：本专利技术提出一种开关电器电弧与电接触实验装置及接触电阻测量方法，利用一套教学实验装置实现电器的发热、电弧、电接触理论的多个特性实验，能够有效降低实验成本、并且方便实验设备的维护，为本专业师生开展电器基础理论的实验教学提供有利条件；针对目前的电器电弧与电接触理论教学内容，本专利技术可以进行以下实验项：(1)不同负载条件下直流电弧的静态、动态伏安特性实验；(2)直流电弧熄灭原理实验；(3)交流电弧动态伏安特性实验；(4)交流电弧灭弧原理实验；(5)接触电阻特性测量实验；(6)Φ-θ理论验证实验；(7)不同工作制下的电器发热特性实验。附图说明图1为本专利技术一种实施例的开关电器电弧与电接触实验装置结构框图；图2为本专利技术一种实施例的开关电器电弧与电接触实验装置整体结构示意图，其中，1-上位机(含采集卡)，2-显示器，3-电容负载，4-电阻负载，5-电感负载，6-交流可调电源，7-直流可调电源，8-信号调理模块，9-控制模块，10-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电器电弧与电接触实验装置，其特征在于，包括电源、负载、电弧发生装置、控制模块、信号调理模块和上位机；其中，所述的电源、负载、电弧发生装置组成串联回路，电弧发生装置的输入端连接控制模块的输出端，电弧发生装置的输出端连接信号调理模块的输入端，信号调理模块的输出端连接上位机的输入端；所述的电弧发生装置，包括：步进电机、联轴器、丝杆、滑台底座、第一挡板、第二挡板、第一长连杆、第二长连杆、电木绝缘盒体、压力传感器、弹簧、第一短连杆、第二短连杆、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、静触头座、电磁铁支架、电磁铁线圈、动触头座、静触头、动触头、电缆栓接电极、高速摄像机、红外热像仪、电压传感器和电流传感器；所述的步进电机输出轴穿过滑台底座的一侧端面，且通过联轴器连接丝杆的一端，丝杆的另一端穿过第一挡板通过轴承固定于滑台底座的另一侧端面，丝杆与第一挡板之间通过螺纹连接；所述的第一挡板和第二挡板均设置有两个通孔，第一长连杆的一端固定于电木绝缘盒体内部一侧端，第一长连杆的另一端依次穿过第一挡板的一个通孔和第二挡板的一个通孔，并固定于电木绝缘盒体内部另一侧端；所述的第二长连杆与第一长连杆并列设置，第二长连杆的一端固定于电木绝缘盒体内部一侧端，第一长连杆的另一端依次穿过第一挡板的另一通孔和第二挡板的另一通孔，并固定于电木绝缘盒体内部另一侧端；第一挡板和第二挡板在电木绝缘盒体内部延第一长连杆和第二长连杆滑动；所述的第一挡板通过动触头座设置有动触头，第二挡板通过静触头座设置有静触头，且静触头与动触头相向设置；动触头座的末端和静触头座的末端均设置有电缆栓接电极；动触头座通过电磁铁支架设置电磁铁线圈；静触头座上分别设置有第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器；所述的压力传感器通过第一短连杆和第二短连杆固定于第二挡板与电木绝缘盒体之间，且第二短连杆上设置有弹簧；所述的动触头座上端依次设置有第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，静触头的电缆栓接电极与动触头电缆栓接电极之间设置有电压互感器、电流互感器和限流电阻，静触头和动触头的一侧设置有高速摄像机和红外热像仪。...

【技术特征摘要】
1.一种开关电器电弧与电接触实验装置，其特征在于，包括电源、负载、电弧发生装置、控制模块、信号调理模块和上位机；其中，所述的电源、负载、电弧发生装置组成串联回路，电弧发生装置的输入端连接控制模块的输出端，电弧发生装置的输出端连接信号调理模块的输入端，信号调理模块的输出端连接上位机的输入端；所述的电弧发生装置，包括：步进电机、联轴器、丝杆、滑台底座、第一挡板、第二挡板、第一长连杆、第二长连杆、电木绝缘盒体、压力传感器、弹簧、第一短连杆、第二短连杆、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、静触头座、电磁铁支架、电磁铁线圈、动触头座、静触头、动触头、电缆栓接电极、高速摄像机、红外热像仪、电压传感器和电流传感器；所述的步进电机输出轴穿过滑台底座的一侧端面，且通过联轴器连接丝杆的一端，丝杆的另一端穿过第一挡板通过轴承固定于滑台底座的另一侧端面，丝杆与第一挡板之间通过螺纹连接；所述的第一挡板和第二挡板均设置有两个通孔，第一长连杆的一端固定于电木绝缘盒体内部一侧端，第一长连杆的另一端依次穿过第一挡板的一个通孔和第二挡板的一个通孔，并固定于电木绝缘盒体内部另一侧端；所述的第二长连杆与第一长连杆并列设置，第二长连杆的一端固定于电木绝缘盒体内部一侧端，第一长连杆的另一端依次穿过第一挡板的另一通孔和第二挡板的另一通孔，并固定于电木绝缘盒体内部另一侧端；第一挡板和第二挡板在电木绝缘盒体内部延第一长连杆和第二长连杆滑动；所述的第一挡板通过动触头座设置有动触头，第二挡板通过静触头座设置有静触头，且静触头与动触头相向设置；动触头座的末端和静触头座的末端均设置有电缆栓接电极；动触头座通过电磁铁支架设置电磁铁线圈；静触头座上分别设置有第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器；所述的压力传感器通过第一短连杆和第二短连杆固定于第二挡板与电木绝缘盒体之间，且第二短连杆上设置有弹簧；所述的动触头座上端依次设置有第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，静触头的电缆栓接电极与动触头电缆栓接电极之间设置有电压互感器、电流互感器和限流电阻，静触头和动触头的一侧设置有高速摄像机和红外热像仪。2.根据权利要求1所述的开关电器电弧与电接触实验装置，其特征在于，所述的控制模块，包括接触电阻测量电路、单片机、步进电机驱动器、按键输入模块和液晶显示器；其中，所述的接触电阻测量电路两端分别通过两个开关连接静触头的电缆栓接电极和动触头的电缆栓接电极，所述的接触电阻测量电路，包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、一个标准电阻、第一电压表和第二电压表，其中，第一三极管的基极、第二三极管的基极、第三三极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智勇，刘艳丽，郭凤仪，邓勇，刘丽智，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21