本發(fā)明涉及物理特性測(cè)量，更具體地說，涉及一種電弧動(dòng)態(tài)特性調(diào)控裝置。此外，本發(fā)明還涉及一種適用于上述電弧動(dòng)態(tài)特性調(diào)控裝置的電弧電壓的計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

1、電弧是電接觸領(lǐng)域中一種獨(dú)特的氣體放電現(xiàn)象，電弧會(huì)造成短路、電觸頭熔化、過電壓等危害，而電弧是制約電接觸系統(tǒng)服役壽命提升的關(guān)鍵問題，其中面向低氣壓下滑動(dòng)電弧場(chǎng)景，低氣壓下電弧動(dòng)態(tài)演化過程復(fù)雜，但是，本領(lǐng)域中缺少不同壓力條件下，針對(duì)于滑動(dòng)電接觸過程中三維電弧特性進(jìn)行檢測(cè)的裝置，從而借此減輕對(duì)電極的燒蝕損傷。

2、綜上所述，如何提供一種能夠調(diào)控氣壓條件以檢測(cè)滑動(dòng)電接觸過程中三維電弧特性的裝置，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種電弧動(dòng)態(tài)特性調(diào)控裝置，通過該調(diào)控裝置可以探明不同氣體環(huán)境條件對(duì)滑動(dòng)電接觸過程中所產(chǎn)生三維電弧的影響。

2、本發(fā)明的另一目的是提供一種適用于上述電弧動(dòng)態(tài)特性調(diào)控裝置的電弧電壓的計(jì)算方法。

3、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、一種電弧動(dòng)態(tài)特性調(diào)控裝置，包括：

5、試驗(yàn)箱，具有試驗(yàn)腔；

6、環(huán)境調(diào)節(jié)組件，連通于所述試驗(yàn)腔，以調(diào)整所述試驗(yàn)腔中氣體環(huán)境；

7、電極組件，位于所述試驗(yàn)腔中，包括桿狀的第一電極和環(huán)狀的第二電極，所述第一電極和所述第二電極均沿豎直方向延伸，所述第二電極位于所述第一電極的正下方；

8、第一驅(qū)動(dòng)組件，設(shè)于所述試驗(yàn)腔中，用于帶動(dòng)所述第一電極沿所述第二電極的徑向平移；

9、第二驅(qū)動(dòng)組件，設(shè)于所述試驗(yàn)腔中，用于帶動(dòng)所述第二電極沿豎直方向升降或繞其自身中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

10、優(yōu)選的，還包括電弧電氣數(shù)據(jù)采集器、形態(tài)數(shù)據(jù)采集組件；

11、所述電弧電氣數(shù)據(jù)采集器用于獲取所述第一電極與所述第二電極之間所產(chǎn)生電弧的電壓；

12、所述形態(tài)數(shù)據(jù)采集組件位于所述電極組件的周面，用于獲取所述電弧的三維形態(tài)。

13、優(yōu)選的，所述電弧電氣數(shù)據(jù)采集器為示波器，所述示波器電連接于所述第一電極。

14、優(yōu)選的，所述形態(tài)數(shù)據(jù)采集組件包括高速相機(jī)a、高速相機(jī)b、高速相機(jī)c；所述高速相機(jī)a、所述高速相機(jī)b和所述高速相機(jī)c中任意兩者的延伸軌跡正交，以通過所述高速相機(jī)a拍攝所述電弧的正視圖，通過所述高速相機(jī)b拍攝所述電弧的側(cè)視圖，通過所述高速相機(jī)c拍攝所述電弧的俯視圖。

15、優(yōu)選的，還包括燃弧器和電源，第一電極和所述第二電極均電連接于所述電源，所述第一電極與所述電源之間或所述第二電極與所述電源之間電連接有所述燃弧器，以能夠控制所述第一電極與所述第二電極之間燃弧或滅弧。

16、優(yōu)選的，還包括控制終端，所述控制終端信號(hào)連接于所述電源、所述燃弧器、所述環(huán)境調(diào)節(jié)組件、所述第一驅(qū)動(dòng)組件、所述第二驅(qū)動(dòng)組件、所述電弧電氣數(shù)據(jù)采集器、所述形態(tài)數(shù)據(jù)采集組件。

17、優(yōu)選的，所述環(huán)境調(diào)節(jié)組件包括真空泵，所述試驗(yàn)箱具有導(dǎo)通于所述試驗(yàn)腔的抽氣口和排氣口，所述真空泵導(dǎo)通于所述抽氣口；

18、和/或，所述試驗(yàn)箱插設(shè)有真空計(jì)，以檢測(cè)所述試驗(yàn)箱中氣壓。

19、一種電弧電壓的計(jì)算方法，適用于上述任一項(xiàng)所述的電弧動(dòng)態(tài)特性調(diào)控裝置，包括：

20、s1：在拉弧時(shí)間內(nèi)持續(xù)獲取電弧電壓u、輸入電流源值i、第二電極的下降距離l2、第一電極的電壓u1和電弧的三維形態(tài)；

21、s2：根據(jù)所述電弧的三維形態(tài)確定電弧的體積，再根據(jù)電弧的體積計(jì)算拉弧時(shí)間內(nèi)在第二電極表面的平均截面積s；

22、根據(jù)所述輸入電流源值i、所述第二電極的下降距離l2計(jì)算獲得第二電極的電壓u2，并根據(jù)所述電弧電壓u、所述第一電極的電壓u1和所述第二電極的電壓u2計(jì)算實(shí)際電弧電壓值uarc；

23、s3：根據(jù)所述平均截面積s和所述實(shí)際電弧電壓值uarc計(jì)算電弧對(duì)電極輸入能流的能量密度e。

24、優(yōu)選的，所述實(shí)際電弧電壓值uarc的計(jì)算方法為：uarc=u-u1-u2；

25、所述第二電極的電壓u2的計(jì)算方法為：u2=iρ2l2/s2；其中，ρ2為第二電極的電阻率，s2為第二電極的橫截面積。

26、優(yōu)選的，所述能量密度e的計(jì)算方法為：

27、；

28、其中，t為積分上限；uarc(t)為隨時(shí)間變化的實(shí)際電弧電壓值uarc函數(shù)；i(t)為隨時(shí)間變化的輸入電流源值i的函數(shù)；t為拉弧時(shí)間；∫為積分符號(hào)；dt表示對(duì)變量t進(jìn)行積分。

29、本發(fā)明提供的電弧動(dòng)態(tài)特性調(diào)控裝置，中空試驗(yàn)箱的內(nèi)部試驗(yàn)腔中布置有電極組件，其中，第一電極和第二電極均沿豎直方向延伸，即第一電極和第二電極的軸向均沿豎直方向，且第一電極和第二電極通過對(duì)應(yīng)第一驅(qū)動(dòng)組件和第二驅(qū)動(dòng)組件設(shè)置在試驗(yàn)箱上面，以通過第一驅(qū)動(dòng)組件帶動(dòng)第一電極沿第二電極的徑向移動(dòng)，通過第二驅(qū)動(dòng)組件帶動(dòng)第二電極沿豎直方向升降或繞其自身中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，則該調(diào)控裝置可以模擬滑動(dòng)電接觸雙電極的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，其中，線性移動(dòng)電極的運(yùn)動(dòng)通過第二電極的轉(zhuǎn)動(dòng)模擬，產(chǎn)生滑動(dòng)電弧的雙電極運(yùn)動(dòng)通過第一電極沿第二電極徑向的運(yùn)動(dòng)和第二電極的升降運(yùn)動(dòng)模擬。

30、相配合的，該調(diào)控裝置配置有環(huán)境調(diào)節(jié)組件，以調(diào)控試驗(yàn)腔中氣體環(huán)境，比如，試驗(yàn)腔中氣壓或氣體類型等，則可以探明不同氣體環(huán)境條件對(duì)滑動(dòng)電接觸過程中所產(chǎn)生三維電弧的影響。

技術(shù)特征：

1.一種電弧動(dòng)態(tài)特性調(diào)控裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧動(dòng)態(tài)特性調(diào)控裝置，其特征在于，還包括電弧電氣數(shù)據(jù)采集器（6）、形態(tài)數(shù)據(jù)采集組件（7）；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電弧動(dòng)態(tài)特性調(diào)控裝置，其特征在于，所述電弧電氣數(shù)據(jù)采集器（6）為示波器，所述示波器電連接于所述第一電極（31）。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電弧動(dòng)態(tài)特性調(diào)控裝置，其特征在于，所述形態(tài)數(shù)據(jù)采集組件（7）包括高速相機(jī)a（71）、高速相機(jī)b（72）、高速相機(jī)c（73）；所述高速相機(jī)a（71）、所述高速相機(jī)b（72）和所述高速相機(jī)c（73）中任意兩者的延伸軌跡正交，以通過所述高速相機(jī)a（71）拍攝所述電弧的正視圖，通過所述高速相機(jī)b（72）拍攝所述電弧的側(cè)視圖，通過所述高速相機(jī)c（73）拍攝所述電弧的俯視圖。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電弧動(dòng)態(tài)特性調(diào)控裝置，其特征在于，還包括燃弧器和電源（8），第一電極（31）和所述第二電極（32）均電連接于所述電源（8），所述第一電極（31）與所述電源（8）之間或所述第二電極（32）與所述電源（8）之間電連接有所述燃弧器，以能夠控制所述第一電極（31）與所述第二電極（32）之間燃弧或滅弧。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電弧動(dòng)態(tài)特性調(diào)控裝置，其特征在于，還包括控制終端（9），所述控制終端（9）信號(hào)連接于所述電源（8）、所述燃弧器、所述環(huán)境調(diào)節(jié)組件、所述第一驅(qū)動(dòng)組件（4）、所述第二驅(qū)動(dòng)組件（5）、所述電弧電氣數(shù)據(jù)采集器（6）、所述形態(tài)數(shù)據(jù)采集組件（7）。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧動(dòng)態(tài)特性調(diào)控裝置，其特征在于，所述環(huán)境調(diào)節(jié)組件包括真空泵（2），所述試驗(yàn)箱（1）具有導(dǎo)通于所述試驗(yàn)腔（11）的抽氣口（12）和排氣口（13），所述真空泵（2）導(dǎo)通于所述抽氣口（12）；

8.一種電弧電壓的計(jì)算方法，其特征在于，適用于上述權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的電弧動(dòng)態(tài)特性調(diào)控裝置，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電弧電壓的計(jì)算方法，其特征在于，所述實(shí)際電弧電壓值uarc的計(jì)算方法為：uarc=u-u1-u2；

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電弧電壓的計(jì)算方法，其特征在于，所述能量密度e的計(jì)算方法為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種電弧動(dòng)態(tài)特性調(diào)控裝置及電弧電壓的計(jì)算方法，涉及物理特性測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。該電弧動(dòng)態(tài)特性調(diào)控裝置包括試驗(yàn)箱、環(huán)境調(diào)節(jié)組件、電極組件、第一驅(qū)動(dòng)組件和第二驅(qū)動(dòng)組件。其中，試驗(yàn)箱具有試驗(yàn)腔；環(huán)境調(diào)節(jié)組件連通于試驗(yàn)腔，以調(diào)整試驗(yàn)腔中氣體環(huán)境；電極組件位于試驗(yàn)腔中，包括桿狀的第一電極和環(huán)狀的第二電極，第一電極和第二電極均沿豎直方向延伸，第二電極位于第一電極的正下方；第一驅(qū)動(dòng)組件設(shè)于試驗(yàn)腔中，用于帶動(dòng)第一電極沿第二電極的徑向平移；第二驅(qū)動(dòng)組件設(shè)于試驗(yàn)腔中，用于帶動(dòng)第二電極沿豎直方向升降或繞其自身中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過該調(diào)控裝置可以探明不同氣體環(huán)境條件對(duì)滑動(dòng)電接觸過程中所產(chǎn)生三維電弧的影響。

技術(shù)研發(fā)人員：徐躍,付善強(qiáng),劉先愷,鄧桂美,王賀
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30