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真空电弧过零熄灭后介质恢复过程 的测试
发布时间:2017-06-08 阅读:

 

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丨科技

:论述



研究弧隙的介质恢复现象对所有开关电器来说 都具有十分重要的意义,对真空开关当然也不例外。 当真空开关在切断工频交流的过程中,在电流接近 正弦波的零区附近时,由于阳极斑点的不稳定性, 可能在正弦波电流还未到达零点以前就熄灭,同时 电流将急剧下降到零。这时,尽管等离子体的发射 过程已经停止,但间隙之间仍有残余的离子、电子、 金属蒸气和一些微粒存在。在大电流时,电流过零 后电极还会向外蒸发金属原子。这些残余物质需要 经过一定的时间才能消失,而只有随着残余物质的 逐渐消失,间隙才能承受较高的外施电压。在实际 的电流切断后间隙上会立即出现电压的恢复过程, 如果间隙能承受住恢复电压,就能顺利地切断电路, 否则,间隙将被恢复电压击穿而重新出现强电流的 电孤。因此,对间隙电强度恢复过程的研究,对实 际应用具有一定的指导意义。

对真空电弦过零后间隙电强度恢复过程的研 究,就是要找出触头材料、几何尺寸、真空度和开 断电流等对介质强度恢复过程的影响,而要达到这 —目的,就必须对真空灭弧室中电弧媳灭后几微秒 到几百微秒内的介质恢复过程进行测童。

在现有的测量方法中,一般就是将交流电源跨 接在被试真空灭弧室触头的两端,让其在分断过程 中产生电弧。当正弦电流过零(或接近过零)时切 断电流,用快速开关隔离交流电源,然后将直流或 几个微秒宽的脉冲电压加到触头两端,使真空灭弧 室的两触头之间被击穿。选择在电孤媳灭后的不同 时间间隔将电压加到触头两端,并测得击穿时的电 压值,便可进行大童连续的试验,以研究介质强度 恢复与时间的关系。

在国外的一些文章中,对介质强度恢复过程的 测童已给出了一定的数据和分析,但由于这些文 章并没有给出具体的装置实现方法,也没有说明如 何解决测貴过程中所遇到的问题,因而对我们进行


王季梅、李宏群(西安交通大学)

实际的研究并不能有很大的帮助。现将我们在这方 面所做的工作介绍如下。

我们在进行介质强度测置的工作中,用我们实 验室合成回路⑵的电流源部分作为电源,向被试品 提供燃弧时所需的电流。图1示出电流源的电路图。 图中,r为电容器组,每组电容量等于16800MF; 乙为电抗器,每组电抗值为603MH。通过投入L <7 并联支路数的多少及充电电压的大小,可以调节放 电电流,使之在1〜60kA的范围内变化。放电电流 为50HZE弦电流。试验时,在被试真空开关IP触 头分开前先引入一个引弧电流,这由闭合开关S 1来 完成,其大小由电阻K来确定。一般调节引弧电流 在50A到200A之间。当用呂2短接电阻《时,预先 确定的正弦电流通过触头间隙。电流过零时电弧被 媳灭,整个电流波形如图2所示。必须指出,与被 试真空开关串联的快速隔离开关IS是与被试品同 时动作的,当电流过零时用它将被试品和电源分开。



图1合成回路电流源部分

is—快速隔离开关IP—被试灭弧笮



图2 试验中的电流波形

1 一引弧电流;2—预定的正弦电流


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图4 脉冲变压器磁心


图7 几套放电设备依次放电产
生脉冲时的主脉冲变压器


真空电弧电流过零嫌灭后,触头间隙介质开始
恢复,这时可将脉冲发生器所产生的脉冲电压在一
定的延时后加在被试品两端。对于恢复过程较短的
试品,可采用图3所示的脉冲发生器。图中,(:,和
C1都預先充好电,当晶阐管接到同步检零及延时
装置发来的触发信号时就导通,使C,向脉冲变压器
T,的黡边放电。这样在T,的明边就会输出一个较
离的触发点火球篇的脉冲电压,该电压使点火球麒
G导通。这样,就在主脉冲变压器Tj的副边得到一
个講变振荡型的脉冲电压。将该电压加在被试品两
纗,并使被试品击穿,测得击穿电压的輻值,便可
得到该时刻的介质理度。


Cl

3脉冲发生器

T,、T:—脉冲变压器;

G—点火空气球陳

主脉冲变压器Tj是用铁氧体环状磁心绕制而 成的。在试验中将两个相同的脉冲变压器串联使用 以减小变压器线匝间的电压值。磁心的尺寸如图4 所示。在绕制脉冲变压器时,要注意线租间和线匝 与磁心的绝缘问思。我们对几种匝数比进行了试 驗,最后选定原边为2 E,副边为30匝,这样在<:2 充电为8500V时可得到6〇kV的脉冲电压。电压的 波形如图5所示。该波形的第一个上升沿约为30 kV/ns



5空载脉冲变压器输出波形 第一个波®于第二个波是由于有初始*化,做几次 脉冲后便可消失。照片中»形上部由于a出照相机 所拍范困而被截断


在上面已经提到,这种脉冲发生器可用于恢复 过程完成较快的试品,因为这时若每一个半波都梢 间隙击穿,只用一套放电设备便可得到恢复特性曲 线。这时的波形如图6所示。如果我们只要单边的 恢复电压时,可在真空灭孤室两端并联一高压整» 硅堆,这样就可把相反的电压短掉。



图6前几个波击穿*后间篇的情况

对于恢复过程较长的试品(如几百微秒以上) 可以在上述的脉冲变压器原边再加上几套放电设 备,’这样在不同的延时时刻使每一套放电设备依次 放电,便可得到几个脉冲。这时脉冲变压器的电路

如图7所示。


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上面给出了现有脉冲发生雜的输出脉冲波形,
该波形是一个振荡型的,这主要是因为脉冲变压器
的原边是用空气点火间陳接通电路的。由于空气点
火间s导通后的介质恢复过程很镘,a而期使c,和
T 2长时间地接通。如果只要一个单脉冲(至少在击
穿时是这样),空气点$球«««必须用真空触发间陳
来代替。            ,

在上述的整个过程中,最重要的就是如何将脉

发生器准时投入使用。在我们的试脍中,是用电 压比较器来检测电流过零点,然后经所需的M时后 触发晶闸管。由于需要得典准确的过零时刻,因此 必须使电压比较器的标准靖的电压足够地小,且在 输入的电路上不能加#1波器。这就产生一个非常严 重的问題,即误动作。因为在试tt时毎一个辅助开 关或较大的接触器的动作都会在电压比较器的输入 埔产生一个信号使其翻转,这也是在大电流场合期 电控制的一个难以解决的问鼉〇为了克服误动作, 我们根据实际的特殊情况设计了间步检零延时电路 路,如图8所示。


9同步装置输入墙的波形 A间为干扰信号

迟,这是由于ft体管、晶》管及点火间朦1»有一定 的鏟时。在我们的电赂中,从电流过零颺发出触发 晶IW管信号之间的鳜时小于1*MSftM管的导通时 间小于IMS,点火间Ht导通的时间是不定的,一般 在1~20卵之间(这是根据所拍的照片来瘺定的, 这里认为示波1»的K时可以ft略不计)•>如果需要电 流过零后零点几个微秒里的恢ft电压,就必须在电 流过零前某一时》就使网步装置动作,这ttll事比 较ft杂的实IHHt和控M电路。



8间步检零%时电路

现在根据输入埔得到的电压波形来分析电路的

工作。输入端所得到的信号波形如田9所示,电流
信号前区间中的波形就是辅助开关动作时产生的
千扰信号,它一般会引起同步装置的误动作。但采

用图8所示的电路后,就可防止这类干扰倌号的破
坏作用。当电压比较器输入端有大于零的电位时,

电容器C•上就开始充电,只有C上的电压被充至大
于稳压管W的稳压值时,在输入靖电位小于等于零
时,电路的输出端才会发出触发脉冲。由于选择了
适当的/f C值,使在时间内C上的电压小于稳压
管的稳压值。这样虽然在r,内有输入靖电位为零的
时_,但并不发生触发》冲,这样就起鰂抗干扰

的作用•这种电路也可用于其它大电Jt场合H电控              囲1〇实际所测的籌分波形

像齡情况                                               *〉鹰时约78msb>鹰时约KMMa

^V0 ^^                                            O駑时的78nsd>嫌时约l〇4|ia

应当注童的是,控_电||中总有一定的时间延              e)      全长为80kV,    时麵,毎格





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李义怀、卢蜻华(航天工业部502所)


内容提要


根据微特电机本身的功能及其在空间飞行器中所处的部位,就用于卫星姿态碥定、姿态控制 戒穗定、天线定向、太阳帆板驱动和定向装置、星上照相机伺服系统以及其他用途等,分别举例 簡述了各种黴特电机所完成的功能及主要种类。对星上微特电机的技术要求,除电机本身的性能, 指标外,还要求重量轻、体积小;功耗低,效率离;可靠性高。随着空间飞行器的多用途、高精 度和长寿命要求的日益突出,促使星上微特电机也不断地更新和发展。这主要体现在新原理电机


的发展,新材料的应用,新结构的出现以及新技术和新工艺的采用等方面。


自从第一顆人造卫星上天以来,到目前为止, 全世界共发射了两千多顆空间飞行器。人类已成功 地登上了月球,并将空间飞行器不断发射到金星、 土星,去探索太阳系的奧秘。就人造地球卫星来说, 已从初期的实验阶段进到现在的应用、提髙阶段。 诸如通信、广播电视、天文、气象、资源、侦察和 导航等各种用途的卫星,已在许多方面发挥了巨大 作用。我国的空间事业也正处于蓬勃发展中。空间 技术的成功与发展是与微特电机的作用分不开的, 因为几乎没有一顆卫星不使用微特电机。


一、微特电机在空间技术中的应用W

为了更淸楚地了解微特电机在空间技术中的应 用,我们根据微特电机本身的功能及其在空间飞行 器中所处的部位,分为几个方面,分别举例简述如

下。

1.用于姿态碗定

(1)陀螺电机——常称作陀鳔马达。许多卫 星采用陀螺装置作为姿态敏感(测童)部件。陀嫌 电机是陀《的“心脏”,自旋转速可离达每分钟数万


下面是利用我们现有的装置对IOOMVA的真空 灭弧室所做的介质强度恢复过程测试的部分结果, 如图10所示。这些照片都是在开断峰值3 kA的情况 下拍摄的,图中所注的延时时间为过零到扫描开始 的时间。我们可以看出,真空电弧熄灭的介质恢复 是极其迅速的丨离过零点几微秒后,介质强度就恢 复到较高的程度。如果将图IOa和图IOb+的恢复特 性函在一起,并把双向恢复特性画成单向的,就 得到图11中的恢复过程曲线。

近几年来国外对真空灭弧室电弧熄灭后介质恢 复过程的研究是十分重视的,已做了大量的试验, 并以此来分析和判断真空灭孤室的性能。

研究真空电孤ft灭过程的介质恢复现象,当前 还借助于高速摄影机(每分钟20000张的速度)和光 谱分析仪等比较先进的仪器设备,拍摄电弧熄灭的 整个过程并测童其温度的变化,还利用计算机用数

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11画在一起的介质恢复特性 幅标和图10中相同


学模拟的方法作对比分析,以利于更精确地判断、 研究介质恢复的过程,从而提出真空灭弧室的具体 改进措施。

参考文献

[1]   I. M.Laffeny, Vacuum Arcs,Theory and Application,Chapier VI1980

[2]   王季梅.泰祖萌.王建华,研交交流真空电弧的

合成回路,西安交通大学科技报告82—408


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