CN109693015A - 一种基于无线传能的磁场调控电弧烧蚀的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于无线传能的磁场调控电弧烧蚀的方法,包括以下步骤:(S1)在电极的正面和侧面安装励磁激励器;(S2)采用温度传感器实时采集电极温度,并将所述电极温度与预设的电极材料软化点进行对比;(S3)根据对比结果由PC服务器控制所述励磁激励器的电流强度及方向,使电弧在电极之间做矩形往复运动,从而实现对电弧烧蚀的调控。本发明还公开了一种基于无线传能的磁场调控电弧烧蚀的装置。本发明通过对电弧进行调控来减轻侵蚀,解决了电弧持续地对单点进行烧蚀以至于在短时间内对电极材料产生严重的侵蚀的问题,本发明不仅有效地保证了传输效率,同时还保护了电气设备。本发明结构简单,灵活性强,具有很强的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及磁场调控技术领域,尤其涉及一种基于无线传能的磁场调控电弧烧蚀的方法及装置。
背景技术
电弧作为导电的等离子体,有着较好的能量传递效率,在某些电弧不能熄灭的领域,以及在传统的接触式传能领域作为一种新的受流方式,电弧均可以成为传导介质。不但打破了传统接触方式的冲击振动,摩擦磨损的局限性,也超越了无线传能的能量传递效率,完成大功率传输。但是电弧作用过程中伴随着巨大的热作用和电作用,若是电弧持续的进行单点烧蚀,在短时间内将会对电极材料产生严重侵蚀作用,持续的烧蚀将影响电极表面形貌进而影响受流质量,于是需要调控电弧运动来减轻侵蚀,保证传输效率并保护电气设备。在开关电弧领域,已有磁场调控电弧磁吹能力的研究,其目的是为了快速电弧转移进而熄灭电弧,减小电弧的开断时间,在等离子发生器中加磁场使电弧旋转,均取得了一定的成果,然而在持续燃弧的电弧调控方面还有很大的空间。
发明内容
针对现有技术中的上述不足,本发明提供的一种基于无线传能的磁场调控电弧烧蚀的方法及装置,解决了传统的接触取流方式因接触摩擦磨损带来的损害问题,以及电弧持续的进行单点烧蚀以至于在短时间内对电极材料产生严重的侵蚀,进而影响受流质量的问题。
为了达到以上目的,本发明采用的技术方案为:
本方案提供一种基于无线传能的磁场调控电弧烧蚀的方法,包括以下步骤:
(S1)在电极的正面和侧面安装励磁激励器;
(S2)采用温度传感器实时采集电极温度,并将所述电极温度与预设的电极材料软化点进行对比;
(S3)根据对比结果由PC服务器控制所述励磁激励器的电流强度及方向,使电弧在电极之间做矩形往复运动,从而实现对电弧烧蚀的调控。
进一步地,所述(S1)中在所述电极的正面和侧面分别通过绝缘支架安装励磁激励器。
再进一步地,所述电极的四个端点表面及四条边沿线表面的温度分别由一个对应的红外温度传感器采集,且各所述温度传感器并行工作。
再进一步地,所述(S3)中根据对比结果由PC服务器控制所述励磁激励器的电流强度及方向,包括如下步骤:
(a1)根据边沿线表面温度传感器采集到的电弧在横向运动时的电极温度与预设的电极材料软化点的对比结果,由PC服务器控制励磁激励器的电流强度,使电弧由横向运动方向沿边沿线表面往前方的电极端点方向运动;
(a2)根据电极端点表面的温度传感器实时采集电弧达到(a1)中所述的电极端点温度突增的信号,利用PC服务器控制电极正面的励磁激励器归零,并开启电极侧面的励磁激励器,使电弧从横向运动变成纵向运动;
(a3)重复(a1)与(a2)的步骤以此实现电弧在电极之间做矩形往复运动,从而完成电弧的运动周期。
进一步地,所述(S3)中的对比结果,若K≥M,则通过PC服务器控制励磁激励电源,增大励磁激励器电流,从而在电极之间做矩形往复运动;若K<M,则通过PC服务器控制励磁激励电源,使电弧运动保持原状态,同时继续将实时采集的电极温度大小与预设的电极材料软化点进行对比,其中,K为温度传感器实时采集的电极温度,M为预设的电极材料软化点。
再进一步地,若电弧处于稳定运动状态,则所述(a3)中电弧的运动周期T的表达式:
其中,V为平均运动速度,L为横向宽度,K为纵向深度。
基于上述方法,本发明还提供了一种基于无线传能的磁场调控电弧烧蚀的装置,包括电弧传能器、与所述电弧传能器连接的温度传感器、与所述温度传感器连接的PC数据库、所述PC数据库连接的PC服务器、与所述PC服务器连接的励磁电源电流控制器以及与所述励磁电源电流控制器连接的励磁激励器,所述励磁激励器安装在电极的正面和侧面,其中,
所述温度传感器,用于采集电极四个端点表面及四个边沿线表面的温度信息;
所述PC数据库,用于存放各种电极材料的软化值;
所述PC服务器,用于控制所述励磁激励器的电流强度及方向;
所述励磁电源电流控制器,用于控制所述励磁激励器的电流强度;
所述励磁激励器,用于使电弧在交变磁场的作用下在电极之间做矩形状往复运动。
具体地,所述励磁激励器与电极之间安装有高温隔热器。
本发明的有益效果:
(1)本发明通过在电极区域外加励磁激励器产生磁场,并实时对电极温度进行监测,进而反馈到PC数据库进行温度比较,再通过PC服务器来调控励磁激励器产生磁场大小,利用电弧在各方向交变磁场下产生的洛伦兹力使电弧进行矩形循环运动,从而大大地减小了电弧对电极的长时间的烧蚀,本发明不仅有效地保证了传输效率,同时还保护了电气设备;
(2)本发明只需在电弧发生区域外加励磁激励线器,其他地方及对电极结构没有发生任何改变,有效地节约了成本,进一步提高了操作的便利性;
(3)本发明中通过PC服务器对励磁激励器进行调控,产生不同强度交变磁场,控制电弧循环运动,进而增大了横向磁场,使得电弧运动速度加快,减少电弧对电极的热作用,增强了电极的散热幅度,有效地降低电极表面的温度场,从减小电弧对电极的烧蚀;
(4)本发明中将采集的电极温度与预设的电极材料软化值进行对比,当采集的电极温度大于等于预设的电极材料软化值时,增大励磁激励器电流,进而增大横向磁场强度,使电弧离开原电弧烧蚀作用点,进一步有效地保护了电气设备,提高了安全性。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为本发明的装置结构控制示意图。
图3为本发明中电弧在外加磁场作用下做矩形状循环运动的示意图。
图4为电弧弧柱受洛伦兹力示意图。
图5为本发明中励磁激励器布置三视图。
图6为本发明中励磁激励器摆放位置及电弧运动示意图。
其中,1-正面励磁激励器,2-传能电极俯视图,3-正电极,4-负电极,5-电弧横向运动方向,6-电弧纵向运动方向,7-电极端点a,8-电极端点b,9-电极端点c,10-电极端点d,11-侧面励磁激励器。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述,以便于本技术领域的技术人员理解本发明,但应该清楚,本发明不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例
如图1所示,本发明提供一种基于无线传能的磁场调控电弧烧蚀的方法,其具体实施如以下步骤:
(S1)在电极的正面和侧面安装励磁激励器;
所述(S1)中在所述电极的正面和侧面分别通过绝缘支架安装励磁激励器,所述电极的四个端点表面及四条边沿线表面的温度分别由一个对应的红外温度传感器采集,且各所述温度传感器并行工作;
(S2)采用温度传感器实时采集电极温度,并将所述电极温度与预设的电极材料软化点进行对比;
(S3)根据对比结果由PC服务器控制所述励磁激励器的电流强度及方向,使电弧在电极之间做矩形往复运动,从而实现对电弧烧蚀的调控,其具体实施包括如下步骤:
(a1)根据边沿线表面温度传感器采集到的电弧在横向运动时的电极温度与预设的电极材料软化点的对比结果,由PC服务器控制励磁激励器的电流强度,使电弧由横向运动方向沿边沿线表面往前方的电极端点方向运动;
(a2)根据电极端点表面的温度传感器实时采集电弧达到(a1)中所述的电极端点温度突增的信号,利用PC服务器控制电极正面的励磁激励器归零,并开启电极侧面的励磁激励器,使电弧从横向运动变成纵向运动;
(a3)重复(a1)与(a2)的步骤以此实现电弧在电极之间做矩形往复运动,从而完成电弧的运动周期。
所述(S3)中的对比结果,若K≥M,则通过PC服务器控制励磁激励电源,增大励磁激励器电流,从而在电极之间做矩形往复运动;若K<M,则通过PC服务器控制励磁激励电源,使电弧运动保持原状态,同时继续将实时采集的电极温度大小与预设的电极材料软化点进行对比,其中,K为温度传感器实时采集的电极温度,M为预设的电极材料软化点。
若电弧处于稳定运动状态,则所述(a3)中电弧的运动周期T的表达式:
其中,V为平均运动速度,L为横向宽度,K为纵向深度。
本实施例中,由于电弧等离子体的良导电性,等离子体中的荷电粒子在静电场中因受静电力而获得加速,等离子体是由大量的电子和正离子构成的,并且等离子体的电子和正离子都是杂乱无章运动的,为了使得电弧能在电极之间做规律的往复运动,电弧整体在外加横向交变磁场的作用下,会受到垂直于电弧弧柱的洛伦兹力,随后发生往复运动,不但达到了电弧受流传能的目的,也大大减轻了电弧烧蚀。
根据电磁学的知识,导电流体中的带电粒子在磁场的作用下会受到洛伦兹力的作用,其作用力的大小和方向与带电粒子进入磁场时的速度大小和方向以及磁场应强度大小有关系,所述洛伦兹力表达式为:
其中,q为粒子电荷,为电荷运动速度,为电荷所在位置的磁感应强度;或从电流的角度来分析洛伦兹力表达式为:
其中,L为电弧长度为电弧电流大小,为电荷所在位置的磁感应强度。
然而,整个电弧相当于导电的流体,在通横向磁场时,通过左手定则判断洛伦兹力的方向,得出电弧在持续燃弧情况下,如图4所示,导电流体处于垂直纸面向里磁场B,在电弧电流为I1时,运用左手安培定则可知,产生一个垂直于电弧受流方向向右的洛伦兹力,电弧在这个正面横向洛伦兹力的作用下往右运动,如果随后改变磁场方向为垂直纸面向外,则电弧所受洛伦兹力方向变为向左,于是电弧向左运动,因此,在电极正面和侧面安置励磁激励器,通过各励磁激励器产生交变磁场并且相互配合,以此控制电弧运动方向。
励磁激励器磁场方向的变化及工作状态,由电极端点温度变化决定,电极端点温度传感器实时对电极四个端点进行监测,温度传感器监测到端点温度明显升高时,则PC服务器归零原先工作的励磁激励器,并控制另一励磁激励器工作;此外,对电弧在电极表面横向和纵向移动时,同时对电极边沿温度实时监测,如果监测到实时温度已可能对电极产生损害,则同样反馈到PC数据库,并通过PC服务器对励磁激励器进行调控,进而增大横向磁场使得电弧运动速度加快,减少电弧对电极的热作用,增强了电极的散热幅度,降低电极表面的温度场。
正面励磁线圈及侧面励磁线圈相互配合,如图3所示,在理想的情况下,可使得电弧在外加磁场作用下做矩形状循环运动,在非理想情况下,即电弧运动相对不稳定,也需要实时监测电极温度反馈到PC数据库,进而通过PC服务器控制励磁激励器电流输出波形,进而控制励磁激励器产生磁场实时调控电弧运动。
基于上述方法,本发明还提供了一种基于无线传能的磁场调控电弧烧蚀的装置,包括电弧传能器、与所述电弧传能器连接的温度传感器、与所述温度传感器连接的PC数据库、所述PC数据库连接的PC服务器、与所述PC服务器连接的励磁电源电流控制器及与所述励磁电源电流控制器连接的励磁激励器,所述励磁激励器安装于电极的正面和侧面,其中,
所述温度传感器,用于采集电极四个端点表面及四个边沿线表面的温度信息;
所述PC数据库,用于存放各种电极材料的燃点值;
所述PC服务器,用于控制所述励磁激励器的电流强度及方向;
所述励磁电源电流控制器,用于控制所述励磁激励器的电流强度;
所述励磁激励器,用于使电弧在交变磁场的作用下在电极之间做矩形状往复运动,所述励磁激励器与电极之间安装有高温隔热器。
在本实施例中,如图2所示,将温度传感器、PC数据库、PC服务器和励磁激励器相连,应用在电弧持续燃弧或电弧传能过程中,大大减轻了电弧对电极的烧蚀作用,且对不同的电极结构以及不同的电流等级均可通过调整励磁线圈电源参数来通用,即选择合适的励磁线圈,包括励磁线圈大小,匝数,励磁线圈摆放距离等,其中,励磁激励器是形成均匀横向磁场的绕有一定匝数的线圈,起到产生横向磁场的作用,随后通过PC服务器控制励磁线圈电流强度来调控电弧运动速度,从而优化电极表面温度场。
本发明的工作原理:如图5-图6所示,确定电弧的运动范围大小,即电弧的横向宽度L和纵向深度K;当电弧发生时,通过温度传感器实时监测电极温度大小,若电弧运动相对稳定,则只需要监测电极端点a7、电极端点b8、电极端点c9和电极端点d10四个端点的温度,此时,电弧先作横向运动5,温度传感器在端点7监测到相对高温时,则反馈到PC服务器控制励磁激励器1归零,并立即开启侧面励磁激励器11,电弧继续作纵向运动6到端点8,随后运用相同的原理,电弧在励磁激励器交互配合的作用下回到了端点7,完成了一个循环运动,如图3所示,为理想情况下励磁激励器相互配合的电流波形,若电弧运动相对不稳定,可能存在电弧停滞和跳动现象,则需要实时监测整个电极边沿表面的温度,将此温度实时反馈到PC数据库进行数据对比,如果温度过高则通过PC服务器控制励磁激励器增加电流大小,进而增大横向磁场强度,以此来加速电弧运动减轻电弧的烧蚀作用,这是电弧未到达端点过程中的处理情况,附加端点的励磁激励器的配合情况,便可使得电弧在电极表明循环运动且不产生烧蚀,在此过程中,励磁线圈的电流大小可通过实时监测温度传感器的温度反馈来确定,还可通过励磁线圈正反交替的交流电来产生交变大小一致的磁场。
本发明通过以上设计,不仅有效地保证了传输效率,同时还保护了电气设备,且结构简单,成本低,易于操作,具有很强的实用价值和推广价值。
Claims (8)
1.一种基于无线传能的磁场调控电弧烧蚀的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(S1)在电极的正面和侧面安装励磁激励器;
(S2)采用温度传感器实时采集电极温度,并将所述电极温度与预设的电极材料软化点进行对比;
(S3)根据对比结果由PC服务器控制所述励磁激励器的电流强度及方向,使电弧在电极之间做矩形往复运动,从而实现对电弧烧蚀的调控。
2.根据权利要求1所述的基于无线传能的磁场调控电弧烧蚀的方法,其特征在于,所述(S1)中在所述电极的正面和侧面分别通过绝缘支架安装励磁激励器。
3.根据权利要求2所述的基于无线传能的磁场调控电弧烧蚀的方法,其特征在于,所述电极的四个端点表面及四条边沿线表面的温度分别由一个对应的红外温度传感器采集,且各所述温度传感器并行工作。
4.根据权利要求1所述的基于无线传能的磁场调控电弧烧蚀的方法,其特征在于,所述(S3)中根据对比结果由PC服务器控制所述励磁激励器的电流强度及方向,包括如下步骤:
(a1)根据边沿线表面温度传感器采集到的电弧在横向运动时的电极温度与预设的电极材料软化点的对比结果,由PC服务器控制励磁激励器的电流强度,使电弧由横向运动方向沿边沿线表面往前方的电极端点方向运动;
(a2)根据电极端点表面的温度传感器实时采集电弧达到(a1)中所述的电极端点温度突增的信号,利用PC服务器控制电极正面的励磁激励器归零,并开启电极侧面的励磁激励器,使电弧从横向运动变成纵向运动;
(a3)重复(a1)与(a2)的步骤以此实现电弧在电极之间做矩形往复运动,从而完成电弧的运动周期。
5.根据权利要求4所述的基于无线传能的磁场调控电弧烧蚀的方法,其特征在于,所述(S3)中的对比结果,若K≥M,则通过PC服务器控制励磁激励电源,增大励磁激励器电流,从而在电极之间做矩形往复运动;若K<M,则通过PC服务器控制励磁激励电源,使电弧运动保持原状态,同时继续将实时采集的电极温度大小与预设的电极材料软化点进行对比,其中,K为温度传感器实时采集的电极温度,M为预设的电极材料软化点。
6.根据权利要求4中所述的基于无线传能的磁场调控电弧烧蚀的方法,其特征在于,若电弧处于稳定运动状态,则所述(a3)中电弧的运动周期T的表达式:
其中,V为平均运动速度,L为横向宽度,K为纵向深度。
7.一种基于无线传能的磁场调控电弧烧蚀的装置,其特征在于,包括电弧传能器、与所述电弧传能器连接的温度传感器、与所述温度传感器连接的PC数据库、所述PC数据库连接的PC服务器、与所述PC服务器连接的励磁电源电流控制器以及与所述励磁电源电流控制器连接的励磁激励器,所述励磁激励器安装在电极的正面和侧面,其中,
所述温度传感器,用于采集电极四个端点表面及四个边沿线表面的温度信息;
所述PC数据库,用于存放各种电极材料的软化值;
所述PC服务器,用于控制所述励磁激励器的电流强度及方向;
所述励磁电源电流控制器,用于控制所述励磁激励器的电流强度;
所述励磁激励器,用于使电弧在交变磁场的作用下在电极之间做矩形状往复运动。
8.根据权利要求7所述的基于无线传能的磁场调控电弧烧蚀的装置,其特征在于,所述励磁激励器与电极之间安装有高温隔热器。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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