开关电器弧后介质恢复强度纳秒连续脉冲测量装置及方法制造方法及图纸

开关电器弧后介质恢复强度纳秒连续脉冲测量装置及方法，采用高压电子开关的方式对高压脉冲进行控制，电子开关具有如下优点：形成纳秒脉冲简单而且稳定；开路状态下有很高的阻抗；可以重复频率方式下工作。设计的脉冲形成电路能够对脉冲的形态进行调节，高压脉冲的传输末端加匹配电阻的方式能够防止脉冲的多次反射，所设计的电容分压器满足高频测量的需要，峰值保持电路能够记录高频连续脉冲的测量要求。采用此种实验方法还能够提高脉冲实验测量介质恢复强度的时间分辨率，提高对弧后介质恢复物理过程的观察精度，对击穿发展的时间特性进行定量化分析。同时，由于连续脉冲的应用，进一步保证了实验的一致性，提高了实验的效率，降低实验成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子应用领域，具体涉及一种开关电器弧后介质恢复强度纳 秒连续脉冲测量装置及方法。
技术介绍
开关电器是否能够成功开断，取决于交流电流过零，电弧熄灭后，触头 之间的介质恢复过程与触头两端系统电压恢复过程之间的关系如果介质恢 复强度超过系统恢复电压的话，则电弧将被成功熄灭，反之弧隙再次击穿， 引起电弧重燃，导致开断失败。因此，研究开关电器弧后介质恢复强度的测 量方法，对于研究其介质恢复过程的规律、影响因素以及提高措施具有重要有关开关电器弧后介质恢复过程的试验方法，国内外已经进行了较多的研究，其中，G.A.FARRALL， ABB公司的E. Dullni以及东京电机大学的Yanabu 等采用了单脉冲法，而西安交通大学的王季梅等采用了多脉冲法对开关电器 弧后介质恢复过程进行了测量研究。在以往的测量方案中，其高压测量脉冲 均是依靠火花间隙击穿的方式产生， 一方面，间隙的击穿条件受环境温度、 湿度以及火花间隙的距离、震动等因素影响较大，因此，其击穿后脉冲加载 于试验开关电器的时刻难以精确控制，测量的时间延迟窗口存在较大分散性; 另外，火花间隙击穿产生高压脉冲的方式，其脉冲的频率难以稳定提高，因 此，单次试验所获探测点的数量有限，此外，多脉冲发生装置较为复杂，限 制了该方法的进一步发展。传统测量方式的另一个严重的问题是，当高压脉冲前沿速度较高时，会 由于末端的触头间隙阻抗不匹配而发生反射，产生非预期的多次击穿现象。5在以往的测量研究采取了降低试验脉冲前沿速度的方法，例如在待测间隙并 联电容。该方式增加了单脉冲的持续时间并引入了额外的能量，对试验测试 结果产生了不利的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种开关电器弧后介质恢复强度纳秒连续脉冲测 量装置及方法，通过对脉冲发生器的输出频率、幅值以及脉冲波形的调节， 适应不同开关电器的弧后介质恢复过程的测量要求。为达到上述目的，本专利技术采用的装置包括包括串联的电容C。和电感L。，电感L。上连接有并联的主开关Id和引弧开关K2，主开关Id和引弧开关1(2与辅 助开关Sa相连，辅助开关Sa通过同轴分流器与试品开关相连；同轴分流器 还与分闸控制电路、过零检测电路相连接，分闸控制电路根据同轴分流器提 供的电流信号，为辅助开关Sa和试品开关提供分闸信号；过零检测电路与主 控单片机相连，为主控单片机提供测量电路电流过零信号；主控单片机与驱 动电路相连，驱动电路提供开断信号给高压电子开关；高压电子开关的另一 输入端与高压直流源相连，高压电子开关的输出端经充电电阻K接脉冲形成 电路，脉冲形成电路的输出端接同轴电缆及匹配电阻R2，匹配电阻R2的高压 端接试品，电容分压器的两端与试品并联连接，电容分压器的输出信号连接 到峰值检测电路，峰值检测电路的输出信号连接到单片机的A/D输入端口， 单片机的输出控制信号接峰值检测电路的放电控制端。本专利技术的脉冲形成电路包括与高压电子开关相连接的振荡电感U振荡 电感L与阻尼电阻Rd及储能电容Ce串连，放电电阻R,与储能电容Q;和阻尼电 阻Rd并联，放电电阻Rd的非接地端与同轴电缆相连；峰值检测电路包括与电 容分压器相连接的运算放大器仏以及与运算放大器仏输出端相连接的电阻R7、 二极管"和保持电容Cb构成的充电保持电路，保持电容Cb的两端并联有三极 管L和放电电阻Ro三极管L的基极通过基极电阻R5、电源上拉电阻Re与主 控单片机的I/0端口相连，预算放大器U2的正端接二极管Di的输出端，预算放大器U2的输出端与主控单片机的A/D端口相连；引弧开关K2与辅助开关Sa 之间还串联有电阻Ra;匹配电阻R2与电容分压器之间还串联有隔直电容Cd; 辅助开关Sa采用两只灭弧室串联，以便获得快于试品开关的恢复过程。本专利技术脉冲测量方法，由电感L。和电容C。组成的工频振荡回路构成试验 电流源，实验开始前，辅助开关Sa和试品开关处于闭合状态，主开关Id和引 弧开关K2处于分闸状态，选择脉冲电源的幅值及高压电子开关的开关频率， 调节脉冲形成电路的参数即调整试验脉冲的前沿上升速度，实验开始后，首 先闭合引弧开关K2，电容C。通过引弧电阻R3放电，引弧电流在几十至一百安 之间变化，且近似为一直流，在引弧电流流通期间，试品开关和辅助开关Sa 同时打开，此时在试品开关的触头之间产生电弧，根据实验需要，选择主开 关Id，在回路中产生了交流振荡电流，当正弦电流过零时，试品开关中的电 弧被熄灭，同时，同轴分流器的电流过零信号传送到过零检测电路，产生触 发信号，主控单片机接到触发信号后，输出脉冲驱动高压电子开关开通，高 压脉冲通过充电电阻R，脉冲形成电路，同轴电缆，隔直电容Cd将高压脉冲 施加于试品开关的触头两端，并通过电容分压器4的低压臂将脉冲信号馈入 峰值检测电路的A/D输入端口，经转换后存储于主控单片机的存IC区，经A/D 转换结束后，主控单片机发出高电平，控制峰值检测电路放电，准备下次脉 冲试验周期的峰值检测，在试验结束后主控单片机中的存储数据经通信端口 上传微型计算机，根据实验需求，设定脉冲频率和周期，单片机不断触发脉 冲，直到完成介质恢复过程的测量。本专利技术不同于传统的测试方法，采用高压电子开关的方式对高压脉冲进 行控制，电子开关具有如下优点形成纳秒脉冲简单而且稳定；开路状态下 有很高的阻抗；可以重复频率方式下工作。设计的脉冲形成电路能够对脉冲 的形态进行调节，高压脉冲的传输末端加匹配电阻的方式能够防止脉冲的多 次反射，所设计的电容分压器满足高频测量的需要，峰值保持电路能够记录 高频连续脉冲的测量要求。采用此种实验方法还能够提高脉冲实验测量介质恢复强度的时间分辨率，提高对弧后介质恢复物理过程的观察精度，对击穿 发展的时间特性进行定量化分析。同时，由于连续脉冲的应用，进一步保证 了实验的一致性，提高了实验的效率，降低实验成本。为进一步理解大电流 真空开断的介质恢复过程提供新的技术手段。 附图说明图1为为本专利技术装置的原理图，图中，l高压电源，2高压电子开关，Ri 充电电阻，3脉冲形成电路，4电容分压器，5峰值电压检测电路，6同轴分 流器，7试品开关，8分闸控制电路，9过零检测电路，IO控制单片机，11同 轴传输电路，12电子开关驱动电路，R2匹配电阻，Cd隔直电容；图2为本专利技术峰值检测电路5的原理图，图中仏，U2运算放大器，Ro Rs， Re， R 电阻，Di二极管，Cb电容，L三极管；图3为本专利技术脉冲形成电路3的原理图，图中Ld电感，G;电容，Ra， R,电阻。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。参见图l，本专利技术试验装置包括包括高压电源1，高压电子开关2，充电 电阻R"脉冲形成电路3，同轴传输电路ll，匹配电阻R2，隔直电容Cd，电 容分压器4，峰值电压检测电路5，同轴分流器6，试品开关7，分闸控制电 路8,过零检测电路9，控制单片机IO，电子开关驱动电路12。电容C。和电 感L。串联，电感L。上并联有主开关Ki和引弧开关K2，主开关Id和引弧开关K2 与辅助开关Sa相连，引弧开关K2与辅助开关Sa之间还串联有电阻Ra，形成 测量设备的电流源；辅助开关Sa依次与同轴分流器6、试品开关7相连；同 轴分流器6还与分闸控制电路8、过零检测电路9相连接，本文档来自技高网...

【技术保护点】
开关电器弧后介质恢复强度纳秒连续脉冲测量装置，其特征在于：包括串联的电容（Ｃ↓［０］）和电感（Ｌ↓［０］），电感（Ｌ↓［０］）上连接有并联的主开关（Ｋ↓［１］）和引弧开关（Ｋ↓［２］），主开关（Ｋ↓［１］）和引弧开关（Ｋ↓［２］）与辅助开关（Ｓａ）相连，辅助开关（Ｓａ）通过同轴分流器（６）与试品开关（７）相连；同轴分流器（６）还与分闸控制电路（８）、过零检测电路（９）相连接，分闸控制电路（８）根据同轴分流器（６）提供的电流信号，为辅助开关（Ｓａ）和试品开关（７）提供分闸信号；过零检测电路（９）与主控单片机（１０）相连，为主控单片机（１０）提供测量电路电流过零信号；主控单片机（１０）与驱动电路（１２）相连，驱动电路（１２）提供开断信号给高压电子开关（２）；高压电子开关（２）的另一输入端与高压直流源（１）相连，高压电子开关（２）的输出端经充电电阻（Ｒ１）接脉冲形成电路（３），脉冲形成电路（３）的输出端接同轴电缆（１１）及匹配电阻（Ｒ２），匹配电阻（Ｒ２）的高压端接试品（７），电容分压器（４）的两端与试品开关（７）并联连接，电容分压器（４）的输出信号连接到峰值检测电路（５），峰值检测电路（５）的输出信号连接到单片机（１０）的Ａ／Ｄ输入端口，单片机（１０）的输出控制信号接峰值检测电路（５）的放电控制端。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：耿英三，翟小社，王振兴，刘志远，王建华，张国钢，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]