一种高电压虚拟实验平台的实现方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种高电压虚拟实验平台的实现方法及系统，实现方法包括依次连接的初始化模块、充电模块、放电计算模块、结果展现模块；系统包括直流高压实验平台，交流高压实验平台和冲击高压实验平台，三个实验平台相互独立；直流高压实验平台和交流高压实验平台进行不同距离和不同极性的针板间隙和板板间隙的耐压实验，冲击高压实验平台进行高压设备的50%冲击耐压实验。采用本发明可使高压虚拟实验投资少，前期准备时间短，维护费用小，安全，方便，学生可以在任何地方借助计算机即可完成实验，获取实验结果。
【专利说明】一种高电压虚拟实验平台的实现方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高电压虚拟实验平台的实现方法及系统，适用于高电压技术实验 教学过程中，供学生使用。
【背景技术】
[0002] 高电压实验教学是高电压技术课程教学中的重要组成部分，由于高电压现场实验 具有电压等级高、安全性要求高；高压设备准备时间长、运行维护费用高；高压实验需要多 次重复等特点，未经培训的学生往往不能直接参与现场实验的操作，而是听完实验老师的 讲解后结合所得数据撰写实验报告，缺乏良好的实验效果。
【发明内容】
[0003] 针对【背景技术】存在的问题，本发明提供一种高电压虚拟实验平台的实现方法及系 统。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案： 一种高电压虚拟实验平台的实现方法，包括依次连接的初始化模块、充电模块、放电计 算模块、结果展现模块； 初始化模块，完成虚拟实验平台布置、基本实验参数的读取和设置； 充电模块，对于冲击电压发生器，完成升压按钮的操作，触发按钮的操作以及电容充 电电压的显示；对于直流高压发生器和交流高压发生器，完成调压器升压盘的操作和间隙 两端电压的显不； 放电计算模块，对于冲击电压发生器，完成被试品的放电过程的分析和计算，根据冲击 电压发生器的输出电压波形、放电次数概率分布、空间电荷游离和去游离的影响、被试品的 电气性能、温度、湿度和大气压的校正函数判断本次放电被试品是否被击穿；对于直流高压 发生器和交流高压发生器，完成被试间隙与击穿电压关系的计算，包括放电次数概率分布、 空间电荷游离和去游离的影响、被试品的电气性能，温度，湿度和大气压的校正函数判断 本次放电被试品是否被击穿； 结果展现模块，完成冲击电压发生器、直流高压发生器和交流高压发生器三 种电压发生器放电结果的展现，根据放电计算模块得出的计算结果展现被试品击穿或 者未击穿，同时提供进入下一次实验场景的入口。
[0005] 所述放电计算模块中，对被试品的放电过程进行分析和计算具体包括的内容为： 1) 环境温度，湿度和大气压变化的影响：实验过程中，这些因素对击穿电压有很大的影 响，这些影响被同时引入函数中用来判断击穿电压的大小，以实现虚拟实验与现场实验的 关联； 2) 由于空间电荷游离和去游离的影响，相同被试品或间隙的击穿电压在先后两次实验 所得的数值不完全相同，在分析和计算中引入概率分布理论，实现前后两次实验数据的不 同。
[0006] 所述放电计算模块中，判断本次放电被试品是否被击穿具体包括的内容为： 1) 对于冲击高压实验平台，在实验者按压触发按钮后，首先，从该放电计算模块的数据 库中找出该被试品的击穿电压参考值，然后比较此次触发时所有电容储存的电压和与参考 值的差值，依放电次数概率分布、空间电荷游离和去游离的影响、被试品的电气性能和环境 判别该差值与击穿关系的概率分布，取一个随机变量与本概率分布值之间的乘积决定本次 放电过程被试品是否击穿； 2) 对于直流高压实验平台和交流高压实验平台，实验者不断调整调压盘调高电压，首 先从该放电计算模块的数据库中调出该种间隙的这一距离对映的击穿电压值，与传递过来 的电压值比较，同时考虑环境与去游离速度而加入的概率分布和随机变量，决定该次实验 在一个确定的电压值击穿间隙。
[0007] -种基于上述的方法实现的高电压虚拟实验平台系统，包括直流高压实验平台， 交流高压实验平台和冲击高压实验平台，三个实验平台相互独立；直流高压实验平台和交 流高压实验平台进行不同距离和不同极性的棒板间隙和板板间隙的耐压实验，冲击高压实 验平台进行高压设备的50%冲击耐压实验。
[0008] 与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果： 采用本发明的方法和系统可使高压实验投资少，前期准备时间短，维护费用小，安全， 方便，学生可以在任何地方借助计算机即可完成实验，获取实验结果。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1是本发明中实现方法的（内核）架构图； 图2是本发明中系统的结构图； 图3是本发明系统中冲击高压实验平台的设计流程图； 图4是本发明系统中直流高压实验平台的设计流程图； 图5是本发明系统中交流高压实验平台的设计流程图。
【具体实施方式】
[0010] 下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步说明。
[0011] 在本实施例中，采用Flash软件实现虚拟实验平台界面（S卩：初始化模块、 充电模块、结果展现模块），用Visio C++处理复杂数据及计算（S卩：放电计算模块)，如 图1所示；具体实施时，还可采用其他类似功能的软件，不仅仅通过Flash和Visio C++实 现。
[0012] 如图1所示，一种高电压虚拟实验平台的实现方法，包括依次连接的初始化 模块、充电模块、放电计算模块、结果展现模块； 初始化模块，完成虚拟实验平台布置、基本实验参数的读取和设置； 充电模块，对于冲击电压发生器，完成升压按钮的操作，触发按钮的操作以及电容充 电电压的显示；对于直流高压发生器和交流高压发生器，完成调压器升压盘的操作和间隙 两端电压的显示。
[0013] 放电计算模块，对于冲击电压发生器，完成被试品的放电过程的分析和计算，根据 冲击电压发生器的输出电压波形、放电次数概率分布、空间电荷游离和去游离的影响、被试 品的电气性能、温度、湿度和大气压的校正函数等判断本次放电被试品是否被击穿；对于直 流高压发生器和交流高压发生器，完成被试间隙与击穿电压关系的计算，包括放电次数概 率分布、空间电荷游离和去游离的影响、被试品的电气性能，温度，湿度和大气压的校正函 数等判断本次放电被试品是否被击穿； 结果展现模块，完成冲击电压发生器、直流高压发生器和交流高压发生器三种电压发 生器放电结果的展现，根据放电计算模块得出的计算结果展现被试品击穿或者未击穿，同 时提供进入下一次实验场景的入口。
[0014] 放电计算模块中，对被试品的放电过程进行分析和计算具体包括的内容(实现过 程）为： 1)环境温度，湿度和大气压变化的影响，实验过程中，这些因素对击穿电压有很大的影 响，这些影响被同时引入函数中用来判断击穿电压的大小。以实现虚拟实验与现场实验的 关联。
[0015] 2)由于空间电荷游离和去游离的影响，相同被试品或间隙的击穿电压在先后两次 实验所得的数值不完全相同，在分析和计算中引入概率分布理论，实现前后两次实验数据 的不同。
[0016] 放电计算模块中，判断本次放电被试品是否被击穿具体包括的内容(实现过 程）为： 1)对于冲击虚拟高压实验，在实验者按压触发按钮后，将激发Visual C++事件，首先， 从数据库中找出该被试品的击穿电压参考值，然后比较此次触发时所有电容储存的电压和 与参考值的差值，依放电次数概率分布、上次试验的击穿与否、被试品的电气性能和环境判 别该差值与击穿关系的概率分布，取一个随机变量与本概率分布值之间的乘积决定本次放 电过程被试品是否击穿。
[0017] 2)对于直流虚拟高压实验和交流虚拟高压实验，当实验者不断调整调压盘调高电 压时，该不断变化的电压值将激发Visual C++事件，首先从数据库中调出该种间隙的这一 距离对映的击穿电压值，与传递过来的电压值比较，同时考虑环境与去游离速度而加入的 概率分布和随机变量，决定该次实验在某一确定的电压值击穿间隙。
[0018] 一种基于上述的方法实现的高电压虚拟实验平台系统，包括直流高压实验平台， 交流高压实验平台和冲击高压实验平台，三个实验平台相互独立；直流高压实验平台和交 流高压实验平台进行不同距离和不同极性的针板间隙和板板间隙的耐压实验，冲击高压实 验平台进行高压设备的50%冲击耐压实验。
[0019] 下面分别对直流高压实验平台，交流高压实验平台和冲击高压实验平台进行详细 说明： 1、冲击高压虚拟实验平台 本实验平台界面由Flash实现，实验设备用3D Max搭建，其中包括的实验设备有：8级 冲击电压发生器本体，测量用高压分压器，示波器，被试品，充电开关，触发放电开关。
[0020] 冲击高压虚拟平台由Flash与Visual C++交互作用显示的数据包括：冲击电压发 生器中单个电容的充电电压值和示波器显示的冲击电压波形峰值。
[0021] 冲击高压虚拟平台设计流程如图3所示。以升降法测试50%冲击放电电压试验为 例： 1)查阅参考文献和标准，获取标准规定的该电压等级的被试品的50%耐受电压作为参 考值。
[0022] 2)根据标准规定的被试品50%耐受电压值试探地加电压到充电电容上，触发后如 不击穿，下次充电在该电压基础上增加一定百分比AU ,标准规定AU为1.5%-3%;如击穿， 下次充电在该电压基础上降低一定百分比AU。
[0023] 3)重复上述操作，完成标准规定的实验次数。
[0024] 4)按标准要求的计算公式计算该被试品的50%冲击击穿电压。
[0025] 优选的是，本设计考虑了在冲击高压实验过程中，温度，湿度和大气压对实验结果 数据的影响，这些影响通过Visual C++函数调用数据库反映到实验结果中。
[0026] 优选的是，本设计考虑到带电粒子游离和去游离对相连两次实验电压结果的影 响，这种影响通过概率分布系数的形式反映到实验结果中。
[0027] 2、直流高压虚拟实验平台 直流高压虚拟实验平台界面由Flash实现，实验设备用3D Max搭建，其中包括的实验设 备有：调压器，6级高压直流发生器本体，测量用高压分压器，可调整距离的（正）棒(负）板， (负）棒(正）板和板板间隙，调压器调压开关。
[0028] 直流高压虚拟实验平台进行不同距离和不同极性的针板间隙及板板间隙的耐压 实验，本发明中直流高压虚拟实验可进行(正）棒(负）板，（负）棒(正）板，板板间隙与间隙距 离范围为0. lm - 1. lm以每0.01m步长连续可调的多种组合型式的实验。
[0029] 直流高压虚拟实验平台Flash与Visual C++交互作用显示的数据包括：调压器低 压侧电压值，间隙距离和击穿电压值。
[0030] 本实验平台设计流程如图4。首先根据要求选择实验间隙种类，使用调压器调压盘 升压，升压方式需符合国家标准要求，直到击穿，调压器回零。准备进行下一次实验。
[0031] 优选的是，本设计考虑了在直流高压实验过程中，温度，湿度和大气压对实验结果 数据的影响，这些影响通过Visual C++函数调用数据库反映到实验结果中。
[0032] 优选的是，本设计考虑到带电粒子游离和去游离对相连两次实验电压结果的影 响，这种影响通过概率分布系数的形式反映到实验结果中。
[0033] 3、交流高压虚拟实验平台 交流高压虚拟实验平台界面由Flash实现，实验设备用3D Max搭建，其中包括的实验设 备有：调压器，2级交流高压发生器，测量用高压分压器，可调整距离的球球间隙、棒板间隙 和板板间隙，调压器调压开关。
[0034] 交流高压虚拟实验平台进行不同距离和球球间隙、棒板间隙及板板间隙的耐压实 验，本发明中交流高压虚拟实验可进行球球间隙、棒板间隙和板板间隙与间隙距离范围为 0. lm一1. lm以每0. 01m步长连续可调的多种组合型式的实验。
[0035] 交流高压虚拟实验平台Flash与Visual C++交互作用显示的数据包括：调压器低 压侧电压值，间隙距离和击穿电压值。
[0036] 本实验平台设计流程如图5所示。首先根据要求选择实验间隙种类，使用调压器 调压盘升压，升压方式需符合国家标准要求，直到击穿，调压器回零。准备进行下一次实验。 [0037] 优选的是，本设计考虑了在交流高压实验过程中，温度，湿度和大气压对实验结果 数据的影响，这些影响通过Visual C++函数调用数据库反映到实验结果中。
[0038] 优选的是，本设计考虑到带电粒子游离和去游离对相连两次实验电压结果的影 响，这种影响通过概率分布系数的形式反映到实验结果中。
[0039] 本发明的所有虚拟实验平台集成到一个软件中，并固化到计算机内，学生可在固 化程序的计算机中完成实验。
[0040] 所有虚拟实验设备采用真实图像和3Dmax制作完成，使设备更加真实，帮助学生 了解各种高电压实验设备。
[0041] 具体操作时，学生首先听取实验人员对实验原理、步骤、设备的讲解，观摩实验人 员在现场实验平台上的操作过程；观摩完实验过程后，学生在高电压虚拟实验平台上完成 剩下的实验步骤。得出数据，完成报告。
【权利要求】
1. 一种高电压虚拟实验平台的实现方法，其特征在于：包括依次连接的初始化模块、 充电模块、放电计算模块、结果展现模块； 初始化模块，完成虚拟实验平台布置、基本实验参数的读取和设置； 充电模块，对于冲击电压发生器，完成升压按钮的操作，触发按钮的操作以及电容充 电电压的显示；对于直流高压发生器和交流高压发生器，完成调压器升压盘的操作和间隙 两端电压的显不； 放电计算模块，对于冲击电压发生器，完成被试品的放电过程的分析和计算，根据冲击 电压发生器的输出电压波形、放电次数概率分布、空间电荷游离和去游离的影响被试品的 电气性能，温度，湿度和大气压的校正函数判断本次放电被试品是否被击穿；对于直流高 压发生器和交流高压发生器，完成被试间隙与击穿电压关系的计算，包括放电次数概率分 布、空间电荷游离和去游离的影响、被试品的电气性能，温度，湿度和大气压的校正函数判 断本次放电被试品是否被击穿； 结果展现模块，完成冲击电压发生器、直流高压发生器和交流高压发生器三 种电压发生器放电结果的展现，根据放电计算模块得出的计算结果展现被试品击穿或 者未击穿，同时提供进入下一次实验场景的入口。
2. 根据权利要求1所述的一种高电压虚拟实验平台的实现方法，其特征在于： 所述放电计算模块中，对被试品的放电过程进行分析和计算具体包括的内容为： 1) 环境温度，湿度和大气压变化的影响：实验过程中，这些因素对击穿电压有很大的影 响，这些影响被同时引入函数中用来判断击穿电压的大小，以实现虚拟实验与现场实验的 关联； 2) 由于空间电荷游离和去游离的影响，相同被试品或间隙的击穿电压在先后两次实验 所得的数值不完全相同，在分析和计算中引入概率分布理论，实现前后两次实验数据的不 同。
3. 根据权利要求1所述的一种高电压虚拟实验平台的实现方法，其特征在于：所述放 电计算模块中，判断本次放电被试品是否被击穿具体包括的内容为： 1) 对于冲击高压实验平台，在实验者按压触发按钮后，首先，从该放电计算模块的数据 库中找出该被试品的击穿电压参考值，然后比较此次触发时所有电容储存的电压和与参考 值的差值，依放电次数概率分布、上次试验的击穿与否、被试品的电气性能和环境判别该差 值与击穿关系的概率分布，取一个随机变量与本概率分布值之间的乘积决定本次放电过程 被试品是否击穿； 2) 对于直流高压实验平台和交流高压实验平台，实验者不断调整调压盘调高电压，首 先从该放电计算模块的数据库中调出该种间隙的这一距离对映的击穿电压值，与传递过来 的电压值比较，同时考虑环境与去游离速度而加入的概率分布和随机变量，决定该次实验 在一个确定的电压值击穿间隙。
4. 一种基于权利要求1所述的方法实现的高电压虚拟实验平台系统，其特征在于：包 括直流高压实验平台，交流高压实验平台和冲击高压实验平台，三个实验平台相互独立；直 流高压实验平台和交流高压实验平台进行不同距离和不同极性的棒板间隙和板板间隙的 耐压实验，冲击高压实验平台进行高压设备的50%冲击耐压实验。
【文档编号】G01R31/12GK104062563SQ201410285564
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】陶劲松 申请人:武汉大学