专利名称：故障电弧可控模拟发生装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电弧保护技术，特别是涉及一种故障电弧可控模拟发生装置的技术。
背景技术：
故障电弧容易引发电气火灾，还容易损坏电器设备损坏，从而造成伤亡事故和重大的经济、财产损失。但是，目前还没有用于对电器设备进行相关故障电弧性能检测及故障电弧产生机理研究的设备，因此目前的电器设备及电气线路都只能使用常规线路保护装置(如剩余电流保护断路器、熔断器)进行被动保护。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能模拟故障电弧发生，有利于电器设备的相关故障电弧性能检测及故障电弧产生机理研究的故障电弧可控模拟发生装置。为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种故障电弧可控模拟发生装置，其特征在于包括电弧发生机构、电路接口模块、控制模块；
所述电弧发生机构包括底座、水平滑台、丝杆、步进电机、继电器及两个电极，所述两个电极中的一个电极为铜棒，另一个电极为碳棒，所述底座固定在落地物上，且在底座上固定有直线形的水平滑轨，所述水平滑台滑动安装在底座的水平滑轨上，所述步进电机安装在底座上，其动力轴与丝杆轴接，所述丝杆与水平滑台螺纹连接，所述两个电极分别为固定电极、可动电极，所述固定电极固定在底座上，所述可动电极固定在水平滑台上，并与固定电极电气接触，所述继电器的两个常开触点分别连接两个电极；
所述电路接口模块包括交流电弧电压同步采样电路、交流电流同步采样电路，所述交流电弧电压同步采样电路包括电压采样放大器、电压互感器，所述电压采样放大器有一个输出端、两个输入端，其中一个输入端经一电压采样电阻接到其输出端；所述电压互感器有两个绕组，其中一个绕组的两端分别接到电压采样放大器的两个输入端，另一绕组的一端经一限流电阻接到电弧发生机构的一个电极，该绕组的另一端接到电弧发生机构的另一个电极；所述交流电流同步采样电路包括电流采样放大器、电流互感器，所述电流采样放大器有一个输出端、两个输入端，其中一个输入端经一电流采样电阻接到其输出端；所述电流互感器有一个感应绕组，该感应绕组的两端分别接到电流采样放大器的两个输入端；
所述控制模块设有电压信号采集口、电流信号采集口、电机控制口、继电器控制口，其电压信号采集口连接电压采样放大器输出端，其电流信号采集口连接电流采样放大器的输出端，其电机控制口连接电弧发生机构中的步进电机，其继电器控制口连接电弧发生机构中的继电器的控制线圈。本发明提供的故障电弧可控模拟发生装置，利用控制模块控制电弧发生机构中的步进电机运行，进行控制可动电极移动，使两个电极间产生电弧来模拟故障电弧发生，并通过电路接口模块采集电弧电压和电弧电流，通过对电弧电压和电流特性的分析来对电器设备的相关故障电弧性能进行检测及对故障电弧产生机理进行研究。
图1是本发明实施例的故障电弧可控模拟发生装置的结构框图2是本发明实施例的故障电弧可控模拟发生装置中的电弧发生机构的结构示意图； 图3是本发明实施例的故障电弧可控模拟发生装置中的电路接口模块的电路图。
具体实施例方式以下结合
对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。如图1-图3所示，本发明实施例所提供的一种故障电弧可控模拟发生装置，其特征在于包括电弧发生机构、电路接口模块、控制模块3 ；
所述电弧发生机构包括底座11、水平滑台13、丝杆14、步进电机12、继电器17及两个电极，所述两个电极中的一个电极为铜棒，另一个电极为碳棒，所述底座11固定在落地物上，且在底座11上固定有直线形的水平滑轨，所述水平滑台13滑动安装在底座11的水平滑轨上，所述步进电机12安装在底座11上，其动力轴与丝杆14轴接，所述丝杆14与水平滑台13螺纹连接，所述两个电极分别为固定电极16、可动电极15，所述固定电极16固定在底座11上，所述可动电极15固定在水平滑台13上，并与固定电极16电气接触，所述继电器17的两个常开触点分别连接两个电极；
所述电路接口模块包括交流电弧电压同步采样电路21、交流电流同步采样电路22，所述交流电弧电压同步采样电路21包括电压采样放大器Al、电压互感器T1，所述电压采样放大器Al有一个输出端、两个输入端，其中一个输入端经一电压采样电阻Rl接到其输出端； 所述电压互感器Tl有两个绕组，其中一个绕组的两端分别接到电压采样放大器Al的两个输入端，另一绕组的一端经一限流电阻R2接到电弧发生机构的一个电极(本实施例中接到固定电极16)，该绕组的另一端接到电弧发生机构的另一个电极(本实施例中接到可动电极 15)；所述交流电流同步采样电路22包括电流采样放大器A2、电流互感器T2，所述电流采样放大器A2有一个输出端、两个输入端，其中一个输入端经一电流采样电阻R3接到其输出端；所述电流互感器T2有一个感应绕组，该感应绕组的两端分别接到电流采样放大器A2的两个输入端；
所述控制模块3设有电压信号采集口、电流信号采集口、电机控制口、继电器控制口， 其电压信号采集口连接交流电弧电压同步采样电路21中的电压采样放大器输出端，其电流信号采集口连接交流电流同步采样电路22中的电流采样放大器的输出端，其电机控制口连接电弧发生机构中的步进电机12，其继电器控制口连接电弧发生机构中的继电器17 的控制线圈。本发明实施例中，所述控制模块还设有键盘接口、采集信号输出口及报警信号输出口。本发明实施例中，所述控制模块是计算机。本发明实施例使用时，将电源AC的一个输出端串接负载4到可动电极15(或固定电极)，将电源AC的另一个输出端接到固定电极16 (或可动电极)，并将电流互感器T2的感应绕组与电源、负载之间的连接线路感应连接，将控制模块的键盘接口连接到一键盘，将控制模块的采集信号输出口接到外部分析设备(如示波器)，将控制模块的报警信号输出口接到外部报警设备(如警示灯或蜂鸣器)。
本发明实施例的工作步骤如下
操作者先通过键盘向控制模块输入需要模拟产生故障电弧数量，及电弧电压判断电压信号阈值范围(0. 3-0. 8V之间)，再输入电弧发生指令；
控制模块收到电弧发生指令后，通过其电机控制口输出电机控制信号驱动电弧发生机构中的步进电机正转，丝杆与随之同步正转，使得水平滑台朝向移离固定电极方向移动，固定电极与可动电极也随之分离，使得固定电极与可动电极之间的空气被击穿产生电弧；
控制模块通过其电压信号采集口及交流电弧电压同步采样电路实时采集负载线路的电压，通过其电流信号采集口及交流电流同步采样电路实时采集负载线路的电流，并对所采集的电压及电流先取模，再判断所采集电压的跳变特性，如果所采集的电压在电弧电压判断电压信号阈值范围内，且通过所采集的电流判断出负载线路中有电流，则认定为产生电弧；
控制模块检测到电弧发生后，通过其电机控制口输出电机控制信号使电弧发生机构中的步进电机停转，并对电弧发生数量进行计数，当电弧发生数量计数至与操作者输入的需要模拟产生故障电弧数量一致时，即通过其继电器控制口输出一个熄弧信号，使电弧发生机构中的继电器的衔铁与两个常开触点吸合，从而使固定电极与可动电极之间电弧熄灭， 然后通过其电机控制口输出电机控制信号使电弧发生机构中的步进电机反转回复至原始的相互电气接触的位置；
控制模块认定为所采集的电压为电弧时，即通过其采集信号输出口输出到外部分析设备分析；
当控制模块检测到电弧出现异常时，即通过其电机控制口输出电机控制信号使电弧发生机构中的步进电机反转回复至原始的相互电气接触的位置，并通过其报警信号输出口输出一个报警信号给外部报警设备来提醒操作者；
电弧出现异常包括电弧发生时燃炽不稳定，没有输入电弧发生指令时存在电弧信号， 电弧发生过程中两电极间隙过导致短路。
权利要求
1. 一种故障电弧可控模拟发生装置，其特征在于包括电弧发生机构、电路接口模块、 控制模块；所述电弧发生机构包括底座、水平滑台、丝杆、步进电机、继电器及两个电极，所述两个电极中的一个电极为铜棒，另一个电极为碳棒，所述底座固定在落地物上，且在底座上固定有直线形的水平滑轨，所述水平滑台滑动安装在底座的水平滑轨上，所述步进电机安装在底座上，其动力轴与丝杆轴接，所述丝杆与水平滑台螺纹连接，所述两个电极分别为固定电极、可动电极，所述固定电极固定在底座上，所述可动电极固定在水平滑台上，并与固定电极电气接触，所述继电器的两个常开触点分别连接两个电极；所述电路接口模块包括交流电弧电压同步采样电路、交流电流同步采样电路，所述交流电弧电压同步采样电路包括电压采样放大器、电压互感器，所述电压采样放大器有一个输出端、两个输入端，其中一个输入端经一电压采样电阻接到其输出端；所述电压互感器有两个绕组，其中一个绕组的两端分别接到电压采样放大器的两个输入端，另一绕组的一端经一限流电阻接到电弧发生机构的一个电极，该绕组的另一端接到电弧发生机构的另一个电极；所述交流电流同步采样电路包括电流采样放大器、电流互感器，所述电流采样放大器有一个输出端、两个输入端，其中一个输入端经一电流采样电阻接到其输出端；所述电流互感器有一个感应绕组，该感应绕组的两端分别接到电流采样放大器的两个输入端；所述控制模块设有电压信号采集口、电流信号采集口、电机控制口、继电器控制口，其电压信号采集口连接电压采样放大器输出端，其电流信号采集口连接电流采样放大器的输出端，其电机控制口连接电弧发生机构中的步进电机，其继电器控制口连接电弧发生机构中的继电器的控制线圈。
全文摘要
一种故障电弧可控模拟发生装置，涉及电弧保护技术领域，所解决的是故障电弧性能检测及产生机理研究的技术问题。该装置包括电弧发生机构、电路接口模块、控制模块；所述电弧发生机构包括固定在底座上的固定电极，滑动安装在底座上的水平滑台，固定在水平滑台上的可动电极，驱动水平滑台滑动的步进电机，连接两个电极的继电器；所述电路接口模块包括交流电弧电压同步采样电路和交流电流同步采样电路；所述控制模块通过控制步进电机来控制可动电极移动，使两电极间产生电弧，通过控制继电器实现熄弧，通过电路接口模块采集电弧电压及电流。本发明提供的装置，能模拟故障电弧发生，有利于电器设备的相关故障电弧性能检测及故障电弧产生机理研究。
文档编号G01R1/30GK102331536SQ201110170039
公开日2012年1月25日 申请日期2011年6月23日 优先权日2011年6月23日
发明者张士文, 张宏荃, 张峰, 方晶, 曹月雯, 朱叶锋, 蔡鹏 , 陆勤, 陈征, 陈洪亮, 顾昊英 申请人:上海交通大学, 上海市安全生产科学研究所