电弧产生设备及用电触头材料抗电弧烧蚀性能评测方法与流程

本发明涉及电学检测技术领域，尤其涉及到一种电弧产生设备及用电触头材料抗电弧烧蚀性能评测方法。

背景技术：

触头是开关电器的关键部件之一，开关电器的主要性能及寿命的长短，在很大程度上取决于触头材料的好坏。随着输变电网的大容量超高压的发展，低压配电系统与控制系统对自动化水平、灵敏度程度要求的提高以及电子工业产品的更新换代，仪表电器开关也朝着高电压、大电流和小型化的方向发展，而由于仪表电器开关的开断电流越大，电弧燃烧越强烈，对仪表电器开关中用电触头的抗电弧烧蚀能力的要求也就越高，因此，抗电弧烧蚀能力是评价用电触头性能的一个重要指标。

在实际使用中，为了评测用电触头的抗电弧烧蚀性能，需要模拟仪表电器开关的工作环境，产生电弧对触头材料进行烧蚀，但是，当前市场中还没有成熟的电弧产生设备，无法满足对用电触头的评测需求。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于解决现有技术中没有成熟的电弧产生设备，无法满足对用电触头的评测需求的问题。

为此，根据第一方面，本发明提供了一种电弧产生设备，包括：控制模块、电源模块、电弧放电阳极、电控制台和数据采集模块，其中，电源模块的阳极与电弧放电阳极相连接，阴极与设置于电控制台上的用电触头的样品相连接，用以提供电弧放电电压；电控制台与控制模块相连接，用以根据控制模块的输出信号靠近或者远离电弧放电阳极；数据采集模块设置于电源模块的阴极和电控制台之间，并与控制模块相连接，用以采集电弧放电过程中的放电电流，并将放电电流发送至控制模块。

可选地，电源模块为脉冲电源。

可选地，电源模块包括：直流电源s、防逆流二极管d1和电容c1，其中，电容c1的一端与防逆流二极管d1的阴极以及电弧放电阳极相连接，另一端与直流电源s的阴极以及用电触头的样品相连接；防逆流二极管d1的阳极与直流电源s的阳极相连接；电弧产生设备还包括：第一继电器k1，第一继电器k1设置于电容c1与电弧放电阳极之间，并与控制模块相连接，用以根据控制模块的输出信号控制放电电路的通断。

可选地，电弧产生设备还包括：充电电阻r1，充电电阻r1的一端与防逆流二极管d1的阴极相连接，另一端与电容c1相连接。

可选地，电弧产生设备还包括：第一分压电阻r2、第二分压电阻r3和电压表v1，其中，第一分压电阻r2和第二分压电阻r3串联后与电容c1并联；电压表v1与第一分压电阻r2或第二分压电阻r3并联。

可选地，电容c1和电弧放电阳极之间还连接有限流电阻r4。

可选地，电控制台包括样品夹持装置和步进电机，样品夹持装置通过丝杆与步进电机的输出端相连接；步进电机与控制模块相连接。

可选地，数据采集模块包括电流传感器和/或示波器。

根据第二方面，本发明提供了一种用电触头材料抗电弧烧蚀性能评测方法，包括如下步骤：测量待评测的用电触头的样品的原始质量；将用电触头的样品放置于上述第一方面任一项中的电弧产生设备的电控制台上；启动电弧产生设备，对用电触头的样品进行烧蚀；取下烧蚀后的用电触头的样品，并测量用电触头的样品的剩余质量；根据原始质量和剩余质量评测用电触头材料的抗电弧烧蚀性能。

可选地，启动电弧产生设备，对用电触头的样品进行烧蚀，包括如下步骤：设置电源模块中直流电源s的初始电压，并启动直流电源s对电容c1进行充电；当电压表v1的电压测量结果达到预设电压值时，关闭直流电源s；控制第一继电器k1闭合；调节电控制台和电弧放电阳极之间的距离，直至电弧产生，开始对用电触头的样品进行烧蚀；当电弧灭弧后，控制第一继电器k1断开。

本发明提供的技术方案，具有如下优点：

1、本发明提供的电弧产生设备，包括：控制模块、电源模块、电弧放电阳极、电控制台和数据采集模块，其中，电源模块的阳极与电弧放电阳极相连接，阴极与设置于电控制台上的用电触头的样品相连接，用以提供电弧放电电压；电控制台与控制模块相连接，用以根据控制模块的输出信号靠近或者远离电弧放电阳极；数据采集模块设置于电源模块的阴极和电控制台之间，并与控制模块相连接，用以采集电弧放电过程中的放电电流，并将放电电流发送至控制模块。通过设置能够靠近或者远离电弧放电阳极的电控制台，并将电控制台上放置的用电触头的样品与电源模块的阴极相连接，将电弧放电阳极与电源模块的阳极相连接，使得当通过控制模块调节电控制台和电弧放电阳极之间的距离，让电弧放电阳极和用电触头的样品之间的距离足够小时，该电弧产生设备中的电弧放电阳极和用电触头的样品之间能够进行电弧击穿放电。此外，在电源模块的阴极和电控制台之间设置数据采集模块，还可以采集电弧放电过程中的放电电流，用以进行用电触头材料的耐高压电弧烧蚀性能评测。

2、本发明提供的电弧产生设备，电源模块包括：直流电源s、防逆流二极管d1和电容c1，其中，电容c1的一端与防逆流二极管d1的阴极以及电弧放电阳极相连接，另一端与直流电源s的阴极以及用电触头的样品相连接；防逆流二极管d1的阳极与直流电源s的阳极相连接；电弧产生设备还包括：第一继电器k1，第一继电器k1设置于电容c1与电弧放电阳极之间，并与控制模块相连接，用以根据控制模块的输出信号控制放电电路的通断。通过设置一端通过防逆流二极管d1与直流电源s的阳极相连接，另一端与直流电源s的阴极相连接的电容c1，使直流电源s可以对电容c1进行充电；通过将电容c1的一端通过第一继电器k1与电弧放电阳极相连接，另一端与用电触头的样品相连接，使该电容c1可以在第一继电器k1闭合时作为电源给电弧放电阳极提供电弧放电电压，而由于电容放电的放电时间大多在零点几毫秒左右，即电容c1自身的放电时间就能够满足一次电弧放电时间的要求，因此，该电弧设备仅需在电容c1储存电荷完成后关闭直流电源s并控制第一继电器k1闭合即可，降低了对该电弧放电设备中的电源模块通断性的控制要求，从而，能够降低该电弧放电设备的操作难度，降低用以操控电源模块通断的设备的复杂性。

3、本发明提供的电弧产生设备，还包括：充电电阻r1，充电电阻r1的一端与防逆流二极管d1的阴极相连接，另一端与电容c1相连接。通过在直流电源s的阳极和电容c1之间设置充电电阻r1，可以控制直流电源s对电容c1的充电电流和功率，控制充电时间，同时还能够减小由于对电容c1的充电电流过大，造成的电容c1的使用寿命缩短的问题产生的可能性。

4、本发明提供的电弧产生设备，还包括：第一分压电阻r2、第二分压电阻r3和电压表v1，其中，第一分压电阻r2和第二分压电阻r3串联后与电容c1并联；电压表v1与第一分压电阻r2或第二分压电阻r3并联。通过设置相互串联后与电容c1并联的第一分压电阻r2和第二分压电阻r3，并在第一分压电阻r2或第二分压电阻r3的两端并联电压表v1，使用户可以根据电压表v1的测量值简单计算得到电容c1的电压值，从而能够实时监测电容c1的充电情况，并在电容c1储存了充足电荷结束后及时关闭直流电源s。此外，使用第一分压电阻r2和第二分压电阻r3串联对电容c1两端的电压进行分压，能够降低对电压表v1的选择要求，从而降低了该电弧产生设备的生产成本。

5、本发明提供的用电触头材料抗电弧烧蚀性能评测方法，包括如下步骤：测量待评测的用电触头的样品的原始质量；将用电触头的样品放置于上述第一方面任一项中的电弧产生设备的电控制台上；启动电弧产生设备，对用电触头的样品进行烧蚀；取下烧蚀后的用电触头的样品，并测量用电触头的样品的剩余质量；根据原始质量和剩余质量评测用电触头材料的抗电弧烧蚀性能。通过使用电弧产生设备模拟用电触头的实际工作环境，产生电弧对用电触头样品进行烧蚀，并测量用电触头样品烧蚀前后的质量，能够评价用电触头的抗电弧烧蚀性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1提供的电弧产生设备的模块连接示意图；

图2为实施例1提供的电弧产生设备的电路图；

图3为实施例2提供的用电触头材料抗电弧烧蚀性能评测方法的方法流程图；

附图标记说明：

1-控制模块；2-电源模块；3-电弧放电阳极；4-电控制台；5-数据采集模块。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

本实施例提供了一种电弧产生设备，如图1所示，包括：控制模块1、电源模块2、电弧放电阳极3、电控制台4和数据采集模块5。

其中，电源模块2的阳极与电弧放电阳极3相连接，阴极与设置于电控制台4上的用电触头的样品相连接，用以提供电弧放电电压；电控制台4与控制模块1相连接，用以根据控制模块1的输出信号靠近或者远离电弧放电阳极3；数据采集模块5设置于电源模块2的阴极和电控制台4之间，并与控制模块1相连接，用以采集电弧放电过程中的放电电流，并将放电电流发送至控制模块1。

在本实施例中，为了满足电弧放电时间在0.5～1ms左右的要求，电源模块2选用高频脉冲电源，其工作电压根据待模拟的用电触头工作环境的电压确定，例如，当模拟用电触头的高压工作环境时，选用电压为7～10kv的高频脉冲电源。

在本实施例中，电弧放电阳极3为纯钨电极，优选地，电弧放电阳极3为圆锥形阳极，该圆锥形阳极的具体尺寸大小根据用电触头的样品的标准尺寸确定，例如，当标准样品为直径为20mm，厚度为6mm的圆柱体时，电弧放电阳极3选用半径为1mm，顶角为30度的圆锥形阳极。在本实施例中，电弧放电阳极3定位于电控制台4上方的指定高度处，该指定高度根据用电触头的样品的标准尺寸，以及电控制台4上放置的样品数量确定，例如，当标准样品为直径为20mm，厚度为6mm的圆柱体，并且控制台上一次性放置多个个样品时，将电弧放电阳极3定位到最上方的样品上表面上方25～35mm的位置处。在本实施例中，需要说明的是，上述具体数值仅为便于本领域技术人员理解本实施例的方案而举的具体示例，上述具体数值不应当被理解为对本实施例技术方案构成的限制。

在本实施例中，电控制台4包括样品夹持装置和步进电机，样品夹持装置通过丝杆与步进电机的输出端相连接；步进电机与控制模块1相连接。具体地，夹持装置包括：样品放置平台和设置于样品放置平台上的至少一对夹爪，样品放置平台上还设置有一导电电极，该导电电极与电源模块2的阴极电连接，因而，当用电触头的样品被放置在电控制台4上时，电源模块2的阴极能够通过该导电电极与用电触头的样品电连接。在具体实施例中，步进电机在控制模块1的控制下驱动电控制台4以0.01mm/s的速度向电弧放电阳极3缓慢前进。

在本实施例中，电控制台4还包括至少一个水平步进电机，样品夹持装置通过水平丝杆与水平步进电机的输出端相连接；水平步进电机与控制模块1相连接，用以根据控制模块1的输出信号驱动样品夹持装置在水平方向移动，从而使样品放置平台上的用电触头的样品与电弧放电阳极3在垂直方向上对齐。

在本实施例中，还可以在电弧放电阳极3处设置一阳极步进电机，电弧放电阳极3通过一阳极丝杆与阳极步进电机的输出端相连接，阳极步进电机与控制模块1相连接；阳极步进电机根据控制模块1的输出信号驱动电弧放电阳极3靠近或者远离电控制台4。在具体实施例中，通过控制电控制台4中的步进电机和/或阳极步进电机调节电弧放电阳极3和用电触头的样品之间的距离，当电弧放电阳极3和用电触头的样品之间的距离足够小的时候，电弧放电阳极3和用电触头的样品之间将进行电弧击穿放电，具体地，仍以模拟用电触头的高压工作环境为例，当距离在5～15mm之间时，电弧放电阳极3和用电触头的样品之间将进行电弧击穿放电。

在本实施例中，数据采集模块5包括电流传感器和/或示波器，用以监测电弧放电电流的大小及放电时间、截流值等参数。

在本实施例中，控制模块1包括plc和计算机，plc用以控制电控制台4中的步进电机，水平步进电机以及阳极步进电机的角位移或者线位移；计算机用以接收数据采集模块5采集的放电电流数据。

在本实施例中，还可以将电弧产生设备设置在一腔室中，用以模拟用电触头的气体工作环境，在具体实施例中，该腔室可以外接抽气设备，用以将腔室抽为真空；或者外接充气设备，向腔室中注入sf6等保护气体。

本实施例提供的电弧产生设备，通过设置能够靠近或者远离电弧放电阳极3的电控制台4，并将电控制台4上放置的用电触头的样品与电源模块2的阴极相连接，将电弧放电阳极3与电源模块2的阳极相连接，使得当通过控制模块1调节电控制台4和电弧放电阳极3之间的距离，让电弧放电阳极3和用电触头的样品之间的距离足够小时，该电弧产生设备中的电弧放电阳极3和用电触头的样品之间能够进行电弧击穿放电。此外，在电源模块2的阴极和电控制台4之间设置数据采集模块5，还可以采集电弧放电过程中的放电电流，用以进行用电触头材料的耐高压电弧烧蚀性能评测。

在可选的实施例中，如图2所示(图2中的a1为电流传感器，a2为示波器)，电源模块2包括：直流电源s、防逆流二极管d1和电容c1，其中，电容c1的一端与防逆流二极管d1的阴极以及电弧放电阳极3相连接，另一端与直流电源s的阴极以及用电触头的样品相连接；防逆流二极管d1的阳极与直流电源s的阳极相连接；电弧产生设备还包括：第一继电器k1，第一继电器k1设置于电容c1与电弧放电阳极3之间，并与控制模块1相连接，用以根据控制模块1的输出信号控制放电电路的通断。在具体实施例中，第一继电器k1与控制模块1中的plc相连接。

在本实施例中，电容c1的储能电压的大小根据待模拟的用电触头工作环境的电压确定，例如，当模拟用电触头的高压工作环境时，选用储能电压为7～10kv，容抗为1～2uf的电容。需要说明的是，当电容c1为高压电容时，第一继电器k1也要选用高压继电器。

本实施例提供的电弧产生设备，通过设置一端通过防逆流二极管d1与直流电源s的阳极相连接，另一端与直流电源s的阴极相连接的电容c1，使直流电源s可以对电容c1进行充电；通过将电容c1的一端通过第一继电器k1与电弧放电阳极相连接，另一端与用电触头的样品相连接，使该电容c1可以在第一继电器k1闭合时作为电源给电弧放电阳极提供电弧放电电压，而由于电容放电的放电时间大多在零点几毫秒左右，即电容c1自身的放电时间就能够满足一次电弧放电时间的要求，因此，该电弧设备仅需在电容c1储存电荷完成后关闭直流电源s并控制第一继电器k1闭合即可，降低了对该电弧放电设备中的电源模块通断性的控制要求，从而，能够降低该电弧放电设备的操作难度，降低用以操控电源模块通断的设备的复杂性。

在可选的实施例中，如图2所示，电弧产生设备还包括：充电电阻r1，充电电阻r1的一端与防逆流二极管d1的阴极相连接，另一端与电容c1相连接。通过在直流电源s的阳极和电容c1之间设置充电电阻r1，可以控制直流电源s对电容c1的充电电流和功率，控制充电时间，同时还能够减小由于对电容c1的充电电流过大，造成的电容c1的使用寿命缩短的问题产生的可能性。

在可选的实施例中，如图2所示，电弧产生设备还包括：第一分压电阻r2、第二分压电阻r3和电压表v1，其中，第一分压电阻r2和第二分压电阻r3串联后与电容c1并联；电压表v1与第一分压电阻r2或第二分压电阻r3并联。通过设置相互串联后与电容c1并联的第一分压电阻r2和第二分压电阻r3，并在第一分压电阻r2或第二分压电阻r3的两端并联电压表v1，使用户可以根据电压表v1的测量值简单计算得到电容c1的电压值，从而能够实时监测电容c1的充电情况，并在电容c1储存了充足电荷结束后及时关闭直流电源s。此外，使用第一分压电阻r2和第二分压电阻r3串联对电容c1两端的电压进行分压，能够降低对电压表v1的选择要求，从而降低了该电弧产生设备的生产成本。在本实施例中，如图2所示，还可以在第一分压电阻r2和第二分压电阻r3所在的电容c1两端电压测量支路上设置一个与控制模块1相连接的第二继电器k2，用以控制该支路的通断，在具体实施例中，第二继电器k2与控制模块1中的plc相连接。

在可选的实施例中，如图2所示，电容c1和电弧放电阳极3之间还连接有限流电阻r4，用以限制放电电流和截流值，具体地，电弧放电电流为0～50a，截流值为2～5a。

实施例2

本实施例提供了一种用电触头材料抗电弧烧蚀性能评测方法，如图3所示。需要说明的是，该方法为实施例1中的电弧产生设备的一种应用方法，实施例1中已经进行过说明的在此不再赘述，此外，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。该流程包括如下步骤：

步骤s10，测量待评测的用电触头的样品的原始质量。在本实施例中，需要将样品做成金相试样，并进行表面的机械抛光，然后在去离子水中超声清洗，以去除样品表面的油污，并干燥。在本实施例中，利用高紧密电子天平进行样品称重。

步骤s20，将用电触头的样品放置于上述实施例1中的电弧产生设备的电控制台4上。在本实施例中，将用电触头的样品放置于电控制台4中的导电电极上，以使该样品通过导电电极可以与电源模块2的阴极电连接，在具体实施例中，放置的样品可以为一个或多个。

步骤s30，启动电弧产生设备，对用电触头的样品进行烧蚀。

在本实施例中，步骤s30包括如下步骤：

步骤s31，设置电源模块2中直流电源s的初始电压，并启动直流电源s对电容c1进行充电。在本实施例中，当电源启动时，控制第二继电器k2闭合，使第一分压电阻r2和第二分压电阻r3所在的电容c1两端电压测量支路连通，从而可以根据电压表v1的电压测量结果实时监测电容c1两端的电压。

步骤s32，当电压表v1的电压测量结果达到预设电压值时，关闭直流电源s。在本实施例中，当电压表v1并联于第一分压电阻r2两端时，预设电压值是指电容c1达到预设储能电压时，第一分压电阻r2两端的分压值，同样地，当电压表v1并联于第二分压电阻r3两端时，预设电压值是指电容c1达到预设储能电压时，第二分压电阻r3两端的分压值。

步骤s33，控制第一继电器k1闭合。

步骤s34，调节电控制台4和电弧放电阳极3之间的距离，直至电弧产生，开始对用电触头的样品进行烧蚀。在本实施例中，当电控制台4中设置有水平步进电机时，在调节电控制台4和电弧放电阳极3之间的距离之前，可以通过水平步进电机调节用电触头的样品在水平方向的位置，从而使样品放置平台上的用电触头的样品与电弧放电阳极3在垂直方向上对齐。当然，在电控制台4中未设置水平步进电机时，也可以直接通过手动的方式调整用电触头的样品在水平方向的位置。

步骤s35，当电弧灭弧后，控制第一继电器k1断开。

步骤s40，取下烧蚀后的用电触头的样品，并测量用电触头的样品的剩余质量。

步骤s50，根据原始质量和剩余质量评测用电触头材料的抗电弧烧蚀性能。

在本实施例中，抗烧蚀实验前后的用电触头的样品的质量损失还与放电电流和烧蚀时间相关，在本实施例中，控制放电电流和烧蚀时间不变，则可以根据抗烧蚀实验前后的用电触头的样品的质量损失作为用电触头材料抗烧蚀性能的评判标准，即抗烧蚀实验前后的用电触头的样品的质量损失越少，表明用电触头材料的抗烧蚀性能越好。在具体实施例中，由于一次抗烧蚀实验前后的用电触头的样品的质量损失较少，还可以重复执行上述步骤s31-步骤s35，进行多次抗烧蚀实验，然后通过平均值计算得到一次抗烧蚀实验前后的用电触头的样品的质量损失。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。