电感储能型脉冲功率系统中电爆炸丝断路开关实验方法与流程

文档序号:11825140阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种电感储能型脉冲功率系统中电爆炸丝断路开关实验方法,其特征在于具体步骤为:

(1)设置一种电感储能型脉冲功率系统中电爆炸丝断路开关实验装置,该实验装置包括主控制电路、高压脉冲电源、升压整流电路、电爆炸丝断路开关实验电路、高压测量电路、脉冲高压电流测量电路和人机界面;

主控制电路包含单片机及外围电路、光纤-串口转换电路、AD采集电路和接口电路;单片机采用的是C8051F020,具备较多的IO接口,片上AD,兼容51指令集,具有较好的电磁兼容性,能够很好地胜任作为该实验装置的主控芯片的工作;主控制电路完成的主要功能包括:通过高压测量电路对脉冲电容器组两端电压值进行测量,并根据分压比进行换算,得出脉冲电容器组上电压真实值;通过直流电机驱动器对自耦变压器中的触点位置进行操控,从而改变自耦变压器的输出电压;根据采集计算出的脉冲电容器组电压值与接收的人机界面发送的预算值的对比,对自耦变压器的输出电压进行修正调节;向高压脉冲电源发送低压脉冲信号;通过光纤与人机界面进行通信,把采集的脉冲电容器组电压信息实时的传输给人机界面;同时接收并执行人机界面传送过来的控制指令;

高压脉冲电源包含高隔离变压器、低压触发信号、光纤隔离传输电路、整流电路、储能电路、可控硅和脉冲变压器;高压脉冲电源的主要功能是同步放大来自主控制电路的低压脉冲信号,产生高压脉冲信号,触发火花隙开关导通;

升压整流电路包含自耦变压器、高压变压器、整流硅堆和限流电阻;其中自耦变压器能够通过电机调节输出电压,其输入为市电,输出电压在0~250V之间连续可调;自耦变压器接收来自主控制电路发送的电机控制信号,改变输出电压并输送给高压变压器;高压变压器的升压比为1:100,其输出的高压经整流硅堆单相整流后通过限流电阻给脉冲电容器组充电;升压整流电路能够给脉冲电容器组充电的最高电压为35 kV;采用的整流硅堆的最大反向耐压为80 kV;

电爆炸丝断路开关实验电路由脉冲电容器组、火花隙开关、储能电感、金属丝、空气开关和负载组成;脉冲电容器组由4台1.04μF/30kV的脉冲电容器并联组成;当脉冲电容器组上的电压充至预设值时,可通过人机界面上的按钮向主控制电路发送放电指令,主控制电路向高压脉冲电源发送低压脉冲信号,经放大为高压脉冲信号后,触发火花隙开关导通,脉冲电容器组上的能量经火花隙开关,储能电感对金属丝放电;当金属丝经电加热,温度超过其沸点后熔断,断开此放电回路,储能电感上感应出的高压使空气开关导通,完成电流的切换,脉冲能量释放到负载上;

高压测量电路由两支高压电阻组成;两支高压电阻的阻值之比为15000:1,当脉冲电容器组上的电压为20kV时,输出的低压为1.33V;此低压信号通过屏蔽双绞线送至主控制电路的AD采集电路;

脉冲高压电流测量电路包括测量金属丝两端脉冲高压的高压探头、测量金属丝上脉冲电流的Rogowski线圈、示波器;示波器为数字存储式,能够记录脉冲电压和电流波形,并存储至电脑;

人机界面包括单片机控制电路、控制按钮和液晶点阵显示屏;人机界面的主要功能有:监控操作人员通过按键发出的指令,并且把指令通过光纤传输到主控制电路;通过光纤接收主控制电路传输过来的当前脉冲电容器组的电压值,并实时的显示在LED屏上;其中LED屏幕上能够显示预设电压值,实际电压值和相关的状态信息;

其中,主控制电路、高压脉冲电源、升压整流电路、电爆炸丝断路开关实验电路和高压测量电路安置于机柜内;主控制电路和高压脉冲电源安装在机柜上部的安装板I上,安装板I竖直放置;升压整流电路和高压测量电路位于机柜的底层,其中整流电路部分和高压测量电路位于机柜底层的安装板III上,安装板III也竖直放置;电爆炸丝断路开关实验电路置于安装板II上,安装板II水平放置,位于机柜中部;用于脉冲高压和电流测量的高压探头和Rogowski线圈同样放置在安装板II上;

在机柜周围布置有屏蔽网,屏蔽网留有门,方便实验人员进出;

脉冲高压电流测量电路和人机界面放置于屏蔽网外部的实验台上;

(2)将步骤(1)设置的实验装置断电,并将脉冲电容器组正极有效接地,检查实验装置各部分和连接是否正常;确认正常之后,把金属丝固定在金属丝夹具上,连接电压和电流探头;记录金属丝的材料、直径和长度,以及相关的实验环境参数;

(3)关闭实验装置机柜门,关闭隔离门,实验人员撤离至安全区域后,给实验装置上电;连接示波器探头,设置示波器的工作参数,使其适合于记录脉冲电压和电流;待装置完成自检后,通过人机界面设置脉冲电容器组充电电压并记录;

(4)当充电至预设值后,按放电按钮,金属丝通电爆炸,把电流切换到负载回路上,完成切断主回路的工作过程;

(5)脉冲高压电流测量电路自动记录实验过程中金属丝上的脉冲电压和电流波形,与实验参数对应记录数据文件名;

(6)给实验装置断电,并用接地棒释放脉冲电容器组上的残余电量;

(7)改变实验参数,重复以上步骤,进行多次实验;

(8)把示波器上的波形存储到计算机上,以便根据波形对不同条件下的电爆炸丝的开断能力和开断时间进行分析,即完成电感储能型脉冲功率系统中电爆炸丝断路开关实验。

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