CN104459236A - 一种双极性联动冲击电流发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双极性联动冲击电流发生器，包括正极性冲击电流发生器、负极性冲击电流发生器、控制***和测量***；所述正极性冲击电流发生器与所述负极性冲击电流发生器分别设有与被测试品连接的接口，并分别通过放电球隙与所述控制***相连；所述正极性冲击电流发生器与所述负极性冲击电流发生器在所述控制***的控制下分别在不同时间段向所述被测试品放电，以产生冲击电流；所述测量***测量并显示所述被测试品的电压和电流。这种冲击电流发生器经济有效，能产生一正一负两个连续且间隔时间可控的冲击电流，适合于考核金属氧化物限压器的能量耐受能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种电流发生器，具体讲涉及一种能够模拟并产生串联补偿装置用金属氧化物限压器动作时电流波形的冲击电流发生器。
技术领域
现有的金属氧化物限压器的能量耐受能力一般用其在2ms方波电流下的能量耐受能力来表示，这种波形能够大致模拟常规交流***操作过电压下的电流波形，并用于考核避雷器的能量耐受能力。但串联补偿装置用金属氧化物限压器动作时的电流波形与2ms方波差异很大。
图1和图2给出了典型金属氧化物限压器动作时的电流波形。其主要特点是：交流***操作过电压时，流经金属氧化物限压器的冲击电流为多个连续的冲击电流，相邻两个冲击电流的极性相反；电流波形与电压波形相对应，电流持续时间约4ms，两个相反极性的电流波形相差约半个工频周期。
因此，传统方法中，仅用金属氧化物限压器在2ms方波电流下的能量耐受能力来表示其能量耐受能力显然不够准确。需要提供一种新的技术方案，以准确模拟串联补偿装置用金属氧化物限压器动作时的电流波形，考核金属氧化物限压器的能量耐受能力。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供一种能够模拟并产生串联补偿装置用金属氧化物限压器动作时电流波形的冲击电流发生器，该电流发生器能够产生一正一负两个连续且间隔时间可控的冲击电流，用于考核限压器的能量耐受能力。
本发明提供的技术方案是：一种双极性联动冲击电流发生器，包括正极性冲击电流发生器、负极性冲击电流发生器、控制***和测量***；其改进之处在于:所述正极性冲击电流发生器与所述负极性冲击电流发生器分别设有与被测试品连接的接口，并分别通过放电球隙与所述控制***相连；所述正极性冲击电流发生器与所述负极性冲击电流发生器在所述控制***的控制下分别在不同时间段向所述被测试品放电，以产生冲击电流；所述测量***测量并显示所述被测试品的电压和电流。
优选的，所述控制***包括交流电源、可控硅、可控硅控制器、变压器、整流器、放电***和主控制器；
所述可控硅的输入端与交流电流相连，其输出端与所述变压器的输入端相连，所述变压器的输出端与整流器的输入端相连，所述整流器的输出端与放电***相连；
所述主控制器通过可控硅控制器与所述可控硅的控制极连接；并通过分压器检测所述整流器的输出电压；所述主控制器根据所述整流器的输出电压发送信号给所述可控硅控制器，使所述可控硅控制器控制所述可控硅的导通或关断，从而调节所述变压器的输入电压；
所述主控制器与放电***相连，用于控制所述放电***产生高压触发脉冲输出至所述正极性冲击电流发生器的放电球隙或所述负极性冲击电流发生器的隔离球隙和放电球隙。
进一步，所述主控制器控制所述放电球隙和所述隔离球隙的放电时间，所述放电时间为2ms-10ms。
优选的，所述正极性冲击电流发生器包括第一充电设备、储能电容C1、电感L1、第一放电球隙和电阻阀片；所述储能电容C1、所述电感L1、所述第一放电球隙、所述电阻阀片、以及所述被测试品依次连接形成一个闭合回路；
所述第一充电设备与所述储能电容C1并联；所述储能电容C1与所述被测试品的连接端接地。
进一步，负极性冲击电流发生器包括第二充电设备、储能电容C2、电感L2、第二放电球隙和隔离球隙；所述储能电容C2、所述电感L2、所述第二放电球隙、所述隔离球隙、以及所述被测试品依次连接形成一个闭合回路；
所述第二充电设备与所述储能电容C2并联，所述储能电容C2与所述被测试品的连接端接地。
进一步，所述隔离球隙与所述第二放电球隙的连接端与箝位电阻的一端相连，所述箝位电阻的另一端接地。
进一步，第一充电设备和第二充电设备分别对储能电容C1充正极性电和对储能电容C2充负极性电，控制***控制第一放电球隙放电时，正极性冲击电流发生器回路导通，所述储能电容C1通过电感L1、第一放电球隙、以及电阻阀片对被测试品放电；
所述储能电容C1放电完成后；所述控制***控制第二放电球隙和隔离球隙放电，负极性冲击电流发生器回路导通，所述储能电容C2通过电感L2、第二放电球隙、以及隔离球隙对所述被测试品放电。
优选的，所述测量***包括分压器、分流器和示波器；所述分压器与所述被测试品并联，用于测量所述被测试品两端的电压，并将测量电压值输出给所述示波器进行波形显示；
所述分流器与所述被测试品串联，用于测量流经所述被测试品的电流，并将测量电流值输出给示波器进行波形显示。
进一步，所述示波器通过光电转换方式与控制***的主控制器连接，将所述被测试品的电压和电流信号传输给所述主控制器，所述主控制器根据所述电压和电流信号计算所述被测试品吸收的能量。
与最接近的技术方案相比，本发明具有如下显著进步：
1)本发明提供的技术方案可经济高效的确定金属氧化物限压器的能量耐受能力，克服了用工频回路实现考核时容量要求大，可控性差的缺陷。
2)本发明通过在负极性冲击电流发生器的回路中串联隔离球隙，并通过控制***控制放电球隙放电，可防止正极性冲击电流发生器的储能电容C1在实际应用中直接对负极性冲击电流发生器的储能电容C2放电的误动作。
3)本发明通过在正极性冲击电流发生器的回路中串联电阻阀片，并通过控制***控制放电球隙放电，，可防止负极性冲击电流发生器的储能电容C2放电时，通过正极性冲击电流发生器回路将电流信号短路。
4)在负极性冲击电流发生器的回路中设置箝位电阻，保证负极性冲击电流发生器的回路能顺利点火，提高了冲击电流发生器的可靠性。
5)测量***和控制***之间采用光电转换的方式进行采集和传输信号，防止了***中的高压电磁干扰和地电位对控制信号的干扰。
附图说明
图1为传统的串补装置发生单相接地故障，火花间隙拒动，金属氧化物限压器MOV电压、电流和能耗波形图；
图2为传统的串补装置发生三相接地故障，火花间隙拒动，金属氧化物限压器MOV电压、电流和能耗波形图；
图3为本发明提供的双极性冲击电流发生器的原理图；
图4为本发明的控制***的结构示意图；
图5为本发明的测量***的结构示意图；
图6为本发明提供的双极性冲击电流发生器产生的电压电流波形图。
其中：1-分流器，2-分压器，3-放电球隙1，4-放电球隙2，5-隔离球隙，6-箝位电阻，7-被测试品，8-电阻阀片。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
本发明提供的双极性联动冲击电流发生器主要由两套极性相反的冲击电流发生器、控制***、保护***和测量***组成；
两套极性相反的单极性冲击电流发生器的回路设计如图3所示，主要包括：
产生正极性波形的正极性冲击电流发生器和产生负极性波形的负极性冲击电流发生器；
正极性冲击电流发生器包括储能电容C1、电感L1、放电球隙1和电阻阀片；储能电容C1、电感L1、放电球隙1、电阻阀片、以及被测试品依次连接形成一个闭合回路；储能电容C1通过并联在其两端的充电设备充正极性电，其放电由控制***给放电球隙1点火来控制；
负极性冲击电流发生器包括储能电容C2、电感L2、放电球隙2和隔离球隙；储能电容C2、电感L2、放电球隙2、隔离球隙、以及被测试品依次连接形成一个闭合回路；储能电容C2通过并联在其两端的充电设备充负极性电，其放电由控制***给放电球隙2和隔离球隙点火来控制；
实际使用中，设备容易产生正极性冲击电流发生器的储能电容C1直接对负极性冲击电流发生器的储能电容C2放电这样的误动作，为此在本发明中使用隔离球间隙和放电***3来减小***此方面的误动作。
另外在正极性冲击电流发生器的回路中串联非线性电阻阀片，可以保证负极性冲击电流发生器的储能电容C2放电时不会通过正极性冲击电流发生器的储能电容C1将电流信号旁路。
负极性冲击电流发生器回路中的箝位电阻是一个MΩ级的电阻，用于为放电球隙2的下半部分提供参考地电位，以保证负极性冲击电流发生器的回路能顺利点火。
控制***如图4所示：正负不同极性回路的联合动作由控制***来控制，控制***可以控制两个不同极性回路的放电时间，并且放电时间可调，从2mS～10mS间可灵活设置。
控制***主要包括：380V的交流电源、可控硅、可控硅控制器、变压器、整流器、放电***和主控制器；
控制回路采用闭环控制，主控制器(计算机及PLC***)通过分压器检测整流器的输出电压，根据整流器的输出电压发送信号给可控硅控制器，使可控硅控制器控制可控硅的导通或关断，从而调节变压器的输入电压；
主控制器与放电***相连，用于控制放电***产生高压触发脉冲输出至正极性冲击电流发生器的放电球隙或负极性冲击电流发生器的隔离球隙和放电球隙，给放电球隙或隔离球隙点火。
测量***如图5所示：测量***可测量正极性冲击电流波形、幅值和对应的电压波形、幅值；负极性冲击电流波形、幅值和对应的电压波形、幅值；正负极性时间间隔、每次冲击被测试品吸收的能量、总能量；
测量***主要包括分压器、分流器和示波器；分压器与被测试品并联，用于测量被测试品两端的电压；分流器与被测试品串联，用于测量流经被测试品两端的电流；分压器和分流器测得的电压和电流波形均通过独立电源示波器显示；
独立电源示波器与控制***相连，将被测试品的电压和电流发送给控制***，通过控制***计算被测试品吸收的能量。
双极性联动冲击电流发生器的具体工作过程如下：
双极性冲击电流发生器使用2套充电设备对电容C1充正极性电压，对电容C2充负极性电压。电压充电到设定值时，控制***给放电***1发出放电信号，正极性冲击电流发生器的回路接通，电容C2放电产生正半波的冲击电流波形，同时测量***检测正极性回路的放电信号，并发送给控制***，控制***对信号进行延时，延时时间2mS～10mS可调，随后将信号传递给放电***2和放电***3由它们同时动作，使得充着负极性电压的电容C2对被测试品进行放电，从而对被测试品产生负极性的波形。
为了防止***中高压电磁干扰和地电位对控制信号的干扰，控制***和测量***之间采用光电转换的方式采集和传输信号。
如图6所示：图6为双极性冲击电流发生器的电流和电压波形图。图中上部分为电压信号，下部分为电流信号。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (9)
1.一种双极性联动冲击电流发生器，包括正极性冲击电流发生器、负极性冲击电流发生器、控制***和测量***；其特征在于:所述正极性冲击电流发生器与所述负极性冲击电流发生器分别设有与被测试品连接的接口，并分别通过放电球隙与所述控制***相连；所述正极性冲击电流发生器与所述负极性冲击电流发生器在所述控制***的控制下分别在不同时间段向所述被测试品放电，以产生冲击电流；所述测量***测量并显示所述被测试品的电压和电流。
2.如权利要求1所述的一种双极性联动冲击电流发生器，其特征在于：
所述控制***包括交流电源、可控硅、可控硅控制器、变压器、整流器、放电***和主控制器；
所述可控硅的输入端与交流电流相连，其输出端与所述变压器的输入端相连，所述变压器的输出端与整流器的输入端相连，所述整流器的输出端与放电***相连；
所述主控制器通过可控硅控制器与所述可控硅的控制极连接；并通过分压器检测所述整流器的输出电压；所述主控制器根据所述整流器的输出电压发送信号给所述可控硅控制器，使所述可控硅控制器控制所述可控硅的导通或关断，从而调节所述变压器的输入电压；
所述主控制器与放电***相连，用于控制所述放电***产生高压触发脉冲输出至所述正极性冲击电流发生器的放电球隙或所述负极性冲击电流发生器的隔离球隙和放电球隙。
3.如权利要求2所述的一种双极性联动冲击电流发生器，其特征在于：
所述主控制器控制所述放电球隙和所述隔离球隙的放电时间，所述放电时间为2ms-10ms。
4.如权利要求1所述的一种双极性联动冲击电流发生器，其特征在于：
所述正极性冲击电流发生器包括第一充电设备、储能电容C1、电感L1、第一放电球隙和电阻阀片；所述储能电容C1、所述电感L1、所述第一放电球隙、所述电阻阀片、以及所述被测试品依次连接形成一个闭合回路；
所述第一充电设备与所述储能电容C1并联；所述储能电容C1与所述被测试品的连接端接地。
5.如权利要求4所述的一种双极性联动冲击电流发生器，其特征在于：
负极性冲击电流发生器包括第二充电设备、储能电容C2、电感L2、第二放电球隙和隔离球隙；所述储能电容C2、所述电感L2、所述第二放电球隙、所述隔离球隙、以及所述被测试品依次连接形成一个闭合回路；
所述第二充电设备与所述储能电容C2并联，所述储能电容C2与所述被测试品的连接端接地。
6.如权利要求5所述的一种双极性联动冲击电流发生器，其特征在于：
所述隔离球隙与所述第二放电球隙的连接端与箝位电阻的一端相连，所述箝位电阻的另一端接地。
7.如权利要求6所述的一种双极性联动冲击电流发生器，其特征在于：
第一充电设备和第二充电设备分别对储能电容C1充正极性电和对储能电容C2充负极性电，控制***控制第一放电球隙放电时，正极性冲击电流发生器回路导通，所述储能电容C1通过电感L1、第一放电球隙、以及电阻阀片对被测试品放电；
所述储能电容C1放电完成后；所述控制***控制第二放电球隙和隔离球隙放电，负极性冲击电流发生器回路导通，所述储能电容C2通过电感L2、第二放电球隙、以及隔离球隙对所述被测试品放电。
8.如权利要求1所述的一种双极性联动冲击电流发生器，其特征在于：
所述测量***包括分压器、分流器和示波器；所述分压器与所述被测试品并联，用于测量所述被测试品两端的电压，并将测量电压值输出给所述示波器进行波形显示；
所述分流器与所述被测试品串联，用于测量流经所述被测试品的电流，并将测量电流值输出给示波器进行波形显示。
9.如权利要求8所述的一种双极性联动冲击电流发生器，其特征在于：
所述示波器通过光电转换方式与控制***的主控制器连接，将所述被测试品的电压和电流信号传输给所述主控制器，所述主控制器根据所述电压和电流信号计算所述被测试品吸收的能量。
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