本實用新型屬于真空電弧領(lǐng)域，尤其是一種真空開關(guān)電弧綜合實驗裝置。

背景技術(shù)：

隨著化石能源的逐步消耗，世界能源危機(jī)日益突顯出來。在電能傳輸這一能源輸送的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對如何減少開關(guān)器件中能源損耗的研究意義重大。當(dāng)前，在高壓直流輸電的實際運行中，應(yīng)用最多的斷路器類型為填充SF₆氣體作為滅弧介質(zhì)的斷路器，但是由于SF₆氣體對溫室效應(yīng)影響非常大并且放電時分解產(chǎn)生有毒氣體有一定的腐蝕性，所以為了建立環(huán)境友好型社會，SF₆斷路器未來將逐漸被淘汰。真空斷路器是近幾十年開始發(fā)展的開關(guān)器件，具有易于維修、體積小重量輕、可靠性高、開斷容量大、無污染、能頻繁操作等優(yōu)點，擁有非常好的發(fā)展前景。然而，對于真空斷路器中電弧的數(shù)學(xué)模型、外部磁場和觸頭開距等因素對電弧的影響等目前還沒有準(zhǔn)確的結(jié)論，需要進(jìn)行反復(fù)的實驗來對其進(jìn)行研究，對真空開關(guān)實驗裝置的需求很大。

目前尚未有專利對真空開關(guān)綜合實驗裝置進(jìn)行設(shè)計?，F(xiàn)有裝置多是實驗人員根據(jù)自己實驗的需要而簡單搭建的實驗平臺。實驗平臺通常由一個真空斷路器和一個拍攝裝置(如相機(jī)等)組成。這種實驗平臺主要存在以下問題：1.裝置搭建不完善，對高壓實驗中的安全因素考慮不足，實驗人員有受到人身傷害的危險；2.對電弧的觀察和拍攝不全面，只集中在某一固定的角度進(jìn)行觀察和拍攝，難以準(zhǔn)確的反應(yīng)電弧的特性；3.由于現(xiàn)有裝置均是基于實驗人員某方面的研究需求搭建的，只能對磁場、溫度等某一因素進(jìn)行實驗。當(dāng)需要實驗其他因素時，又需要搭建另一實驗平臺，在成本上很不經(jīng)濟(jì)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的為針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種真空開關(guān)電弧綜合實驗裝置，該實驗裝置通過真空罩、真空開關(guān)電弧產(chǎn)生模塊、行走拍攝模塊和溫度-磁場控制模塊的結(jié)構(gòu)的設(shè)計，填補(bǔ)了當(dāng)前真空電弧實驗裝置的空白。本實用新型不僅能綜合地對磁場和溫度對真空電弧的影響關(guān)系進(jìn)行研究，而且有效地實現(xiàn)了強(qiáng)電、強(qiáng)熱的隔離，保障了實驗人員的人身安全。

本實用新型技術(shù)方案為：

一種真空開關(guān)電弧綜合實驗裝置，該裝置包括真空開關(guān)電弧產(chǎn)生模塊、行走拍攝模塊和溫度-磁場控制模塊；真空開關(guān)電弧產(chǎn)生模塊放置在地面上；行走拍攝模塊放置在真空開關(guān)電弧產(chǎn)生模塊的外圍；4個溫度-磁場控制模塊放置真空開關(guān)電弧產(chǎn)生模塊的四周；

所述真空開關(guān)電弧產(chǎn)生模塊包括真空罩、圓臺底座和電源線；真空罩安放在圓臺底座上；圓臺底座放置在地面上；電源線接入真空罩內(nèi)部，與兩個靜觸頭分別相連；

所述真空開關(guān)電弧產(chǎn)生模塊還包括靜觸頭、動觸頭、電磁線圈、連接桿、支撐桿、連接塊、橫桿、導(dǎo)軌和擋板；

其中，擋板豎直地固定在圓臺底座上，其上部設(shè)置有水平的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌內(nèi)嵌有橫桿的一端，橫桿的另一端固定有連接塊；連接塊前端與一垂直放置的支撐桿上端部的側(cè)面相連；支撐桿上端部的另一側(cè)面與動觸頭相連；支撐桿的底端與水平的連接桿的一端相連，連接桿的另一端探入電磁線圈內(nèi)，電磁線圈固定在圓臺底座上；2個靜觸頭分別固定在擋板上，位于動觸頭一側(cè)，并在動觸頭的行程線路上匹配；

所述行走拍攝模塊包括立柱、環(huán)形支架、第一軌道、第二軌道、行走組件；其中，4個立柱豎直的固定在地面上，環(huán)形支架水平地安放在4個立柱上；在環(huán)形支架上設(shè)置有內(nèi)、外兩條軌道，分別為第一軌道和第二軌道；第一軌道和第二軌道的中間位置設(shè)置有一條間隙，行走組件安放在第一軌道和第二軌道上；

所述行走組件包括連接體、電機(jī)、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)輪、伸縮桿、攝像頭和閃光燈；其中，連接體的左右兩端各對稱地固定有一個電機(jī)；每個電機(jī)的另一端通過轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)輪相連；伸縮桿的一端固定在連接體下部，另一端與一方形外殼相連，該方形外殼中安放有攝像頭、閃光燈和控制器；

所述溫度-磁場控制模塊包括溫度-磁場產(chǎn)生組件和風(fēng)扇；4個溫度-磁場產(chǎn)生組件分別放置在行走拍攝模塊外圍的四個方向，風(fēng)扇放置在溫度-磁場產(chǎn)生組件的后方。

所述溫度-磁場產(chǎn)生組件包括底座、欄架和電阻絲；其中，底座固定在地面上，欄架和電阻絲分別固定在底座。

所述的控制器為單片機(jī)或DSP，控制器分別與電磁線圈、電機(jī)、伸縮桿、攝像頭、閃光燈、電阻絲、風(fēng)扇相連。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：

1、本實用新型的真空開關(guān)電弧產(chǎn)生模塊設(shè)計了真空罩及其內(nèi)部的各個器件，使動觸頭與靜觸頭之間的接觸和分離完全實現(xiàn)了自動化，不再需要實驗人員的操作。不僅降低了在電弧的產(chǎn)生過程中人為因素的影響，而且有效地保護(hù)了實驗人員的人身安全。

2、現(xiàn)有裝置均采用靜止的拍攝裝置對電弧進(jìn)行拍攝，若在拍攝時發(fā)現(xiàn)角度不佳，則需要終止實驗并由實驗人員手動調(diào)節(jié)拍攝裝置的位置，使用很不方便。本實用新型中行走拍攝模塊的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，使本實用新型不再像現(xiàn)有裝置那樣，攝像頭只能固定在某一位置。而是可以對電弧進(jìn)行多角度全方位的拍攝，使實驗過程中采集到的信息更為全面，實驗效果更好。

3、本實用新型設(shè)計了溫度-磁場控制模塊，克服了現(xiàn)有裝置僅能對磁場或溫度等某一因素對電弧的影響規(guī)律進(jìn)行試驗的缺點，在沒有大幅增加設(shè)備數(shù)量的情況下，實現(xiàn)了磁場-溫度控制的綜合，既增加了實驗裝置運行的效率，又沒有在成本上有大幅的增長。

附圖說明

圖1是本實用新型真空開關(guān)電弧綜合實驗裝置的整體結(jié)構(gòu)連接圖；

圖2是本實用新型真空開關(guān)電弧綜合實驗裝置的真空開關(guān)電弧產(chǎn)生模塊1結(jié)構(gòu)連接圖；

圖3是本實用新型真空開關(guān)電弧綜合實驗裝置的真空開關(guān)電弧產(chǎn)生模塊1真空罩1-1內(nèi)部的結(jié)構(gòu)連接圖；

圖4是本實用新型真空開關(guān)電弧綜合實驗裝置的行走拍攝模塊2結(jié)構(gòu)連接圖；

圖5是本實用新型真空開關(guān)電弧綜合實驗裝置的行走組件2-5內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接圖；

圖6是本實用新型真空開關(guān)電弧綜合實驗裝置的溫度-磁場控制模塊3結(jié)構(gòu)連接圖；

圖7是本實用新型真空開關(guān)電弧綜合實驗裝置的溫度-磁場產(chǎn)生組件3-1內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接圖；

圖8是本實用新型真空開關(guān)電弧綜合實驗裝置的風(fēng)扇3-2內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接圖；

圖中，1.真空開關(guān)電弧產(chǎn)生模塊、2.行走拍攝模塊、3.溫度-磁場控制模塊、1-1.真空罩、1-2.圓臺底座、1-3.電源線、1-4.靜觸頭、1-5.動觸頭、1-6.電磁線圈、1-7.連接桿、1-8.支撐桿、1-9.連接塊、1-10.橫桿、1-11.導(dǎo)軌、1-12.擋板、2-1.立柱、2-2.環(huán)形支架、2-3.第一軌道、2-4.第二軌道、2-5.行走組件、2-5-1.連接體、2-5-2.電機(jī)、2-5-3.轉(zhuǎn)軸、2-5-4.轉(zhuǎn)輪、2-5-5.伸縮桿、2-5-6.攝像頭、2-5-7.閃光燈、3-1.溫度-磁場產(chǎn)生組件、3-1-1.底座、3-1-2.欄架、3-1-3.電阻絲、3-2.風(fēng)扇、3-2-1.圓形基座、3-2-2.支撐柱、3-2-3.風(fēng)扇電機(jī)、3-2-4.扇葉。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例及其附圖對本實用新型做進(jìn)一步詳述：

如圖1所示，本實用新型的真空開關(guān)電弧綜合實驗裝置，包括真空開關(guān)電弧產(chǎn)生模塊1、行走拍攝模塊2和4個溫度-磁場控制模塊3；真空開關(guān)電弧產(chǎn)生模塊1放置在地面上；行走拍攝模塊2放置在真空開關(guān)電弧產(chǎn)生模塊1的外圍；4個溫度-磁場控制模塊3放置真空開關(guān)電弧產(chǎn)生模塊1的四周；(為了顯示出本實用新型裝置中其他部分的具體連接結(jié)構(gòu)，故在圖1中只展示了2個溫度-磁場控制模塊3。)

如圖2所示，所述真空開關(guān)電弧產(chǎn)生模塊1包括真空罩1-1、圓臺底座1-2、電源線1-3；真空罩1-1安放在圓臺底座1-2上(真空罩下部的直徑同圓臺上表面的直徑。)；圓臺底座1-2放置在地面上，起支撐作用；電源線1-3盤繞在圓臺底座1-2側(cè)面，并有兩端深入真空罩1-1內(nèi)部，與兩個靜觸頭1-4分別相連，并為其供電。

如圖3所示，所述真空開關(guān)電弧產(chǎn)生模塊1還包括靜觸頭1-4、動觸頭1-5、電磁線圈1-6、連接桿1-7、支撐桿1-8、連接塊1-9、橫桿1-10、導(dǎo)軌1-11和擋板1-12；上述器件均放置在真空罩1-1內(nèi)部；

其中，擋板1-12豎直地固定在圓臺底座1-2上，其上部設(shè)置有水平的導(dǎo)軌1-11，導(dǎo)軌1-11內(nèi)嵌有橫桿1-10的一端，橫桿1-10的另一端固定有連接塊1-9；連接塊1-9前端與一垂直放置的支撐桿1-8上端部的側(cè)面相連；支撐桿1-8上端部的另一側(cè)面與動觸頭1-5相連；支撐桿1-8的底端與水平的連接桿1-7的一端相連，連接桿1-7的另一端探入電磁線圈1-6的內(nèi)部(未運行時探入1-2厘米)，電磁線圈1-6固定在真空罩1-1的底部的圓臺底座上；2個靜觸頭1-4分別與電源線1-3相連，即一個連接正極，一個連接負(fù)極；2個靜觸頭1-4分別固定在擋板1-12上，位于動觸頭1-5一側(cè)，并在動觸頭1-5的行程線路上匹配(即若動觸頭1-5水平地向前運動一段距離后，會同時與2個靜觸頭發(fā)生貼合接觸。)，在動觸頭1-5動作過程中，能準(zhǔn)確地與其接觸或分離。動觸頭1-5的作用是通過自身與2個靜觸頭1-4相互接觸再分離的過程來產(chǎn)生電弧。電磁線圈1-6的作用是可以控制通過電磁線圈1-6的電流來使電磁線圈1-6吸引或者排斥連接桿1-7(即利用電磁線圈對連接桿吸引或排斥來控制連接桿伸入線圈內(nèi)部的長度，進(jìn)而控制整個組件的運動。)，從而使連接桿1-7做相應(yīng)的運動，最終控制動觸頭1-5與2個靜觸頭1-4接觸或分離。導(dǎo)軌1-11的作用是限制整個組件的運動方向，使動觸頭1-5等部件只能進(jìn)行水平方向的運動，防止由于部件運動錯位導(dǎo)致的實驗失敗或裝置損壞。(所述的動觸頭、靜觸頭均為目前常見的觸頭材質(zhì)，本實施例采用的為銅。)

如圖4所示，所述行走拍攝模塊2包括立柱2-1、環(huán)形支架2-2、第一軌道2-3、第二軌道2-4、行走組件2-5；其中，4個立柱2-1豎直的固定在地面上，上端與環(huán)形支架2-2相連，為其提供支撐。環(huán)形支架2-2水平地安放在4個立柱2-1上。在環(huán)形支架2-2上設(shè)置有內(nèi)、外兩條軌道，分別為第一軌道2-3和第二軌道2-4。環(huán)形支架2-2在第一軌道2-3和第二軌道2-4的中間位置設(shè)置有一條縫隙，以使得行走組件2-5中下部的伸縮桿2-5-5可以通過。行走組件2-5安放在第一軌道2-3和第二軌道2-4上，其可以延第一軌道2-3和第二軌道2-4進(jìn)行環(huán)形的行走運動。

如圖5所示，所述行走組件2-5包括連接體2-5-1、電機(jī)2-5-2、轉(zhuǎn)軸2-5-3、轉(zhuǎn)輪2-5-4、伸縮桿2-5-5、攝像頭2-5-6和閃光燈2-5-7；其中，連接體2-5-1為圓柱體，其下部與伸縮桿2-5-5固定相連，且連接體2-5-1的左右兩端各對稱地固定有一個電機(jī)2-5-2；每個電機(jī)2-5-2的一端與連接體2-5-1相連，另一端通過轉(zhuǎn)軸2-5-3與轉(zhuǎn)輪2-5-4相連，并帶動其旋轉(zhuǎn)；伸縮桿2-5-5的一端固定在連接體2-5-1的下部，另一端與一方形外殼相連，該方形外殼中安放有攝像頭2-5-6和閃光燈2-5-7。攝像頭2-5-6的作用是對真空電弧進(jìn)行拍攝，為后續(xù)對真空電弧的研究提供依據(jù)。伸縮桿2-5-5的作用是通過調(diào)節(jié)自身的長度來改變攝像頭2-5-6的拍攝角度，從而可以多角度、全方位地對于真空電弧進(jìn)行拍攝。閃光燈2-5-7的作用是在環(huán)境光線較弱時，為攝像頭2-5-6提供拍照所需的感光度。

如圖6所示，所述溫度-磁場控制模塊3包括溫度-磁場產(chǎn)生組件3-1和風(fēng)扇3-2。4個溫度-磁場產(chǎn)生組件3-1分別放置在行走拍攝模塊2外圍的四個方向，風(fēng)扇3-2放置在溫度-磁場產(chǎn)生組件3-1的后方。溫度-磁場產(chǎn)生組件3-1的作用是通過給電阻絲3-1-3通電來使其產(chǎn)生熱量和磁場。風(fēng)扇3-2的作用是吹動空氣，當(dāng)溫度-磁場產(chǎn)生組件3-1產(chǎn)生熱量時增加加熱的效果，當(dāng)溫度-磁場產(chǎn)生組件3-1不產(chǎn)生熱量時起到降溫的作用，實現(xiàn)對溫度的控制。

如圖7所示，所述溫度-磁場產(chǎn)生組件3-1包括底座3-1-1、欄架3-1-2和電阻絲3-1-3；其中，底座3-1-1固定在地面上，欄架3-1-2和電阻絲3-1-3分別固定在底座3-1-1上。欄架3-1-2固定在底座3-1-1上。電阻絲3-1-3豎直地立在底座3-1-1上，電阻絲3-1-3的數(shù)量可根據(jù)實驗的實際需要來進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。底座3-1-1的作用是為欄架3-1-2和電阻絲3-1-3提供支撐。欄架3-1-2為電阻絲3-1-3提供一定程度上的防護(hù)，同時防止實驗中實驗人員誤接觸到發(fā)熱的電阻絲造成燙傷。電阻絲3-1-3的作用是通過控制通入電阻絲3-1-3電流的大小來控制其發(fā)出熱量和磁場的大小。

如圖8所示，所述風(fēng)扇3-2包括圓形基座3-2-1、支撐柱3-2-2、風(fēng)扇電機(jī)3-2-3、扇葉3-2-4。圓形基座3-2-1固定在地面上，為風(fēng)扇3-2中的各個組件提供支撐。支撐柱3-2-2豎直地立在圓形基座3-2-1上，其上端與風(fēng)扇電機(jī)3-2-3固定相連，為風(fēng)扇電機(jī)3-2-3提供支撐。風(fēng)扇電機(jī)3-2-3固定在支撐柱3-2-2上，與扇葉3-2-4相連，為扇葉3-2-4的旋轉(zhuǎn)提供動力。扇葉3-2-4與風(fēng)扇電機(jī)3-2-3相連，通過自身的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生風(fēng)力，對整個裝置起到加熱或降溫的作用。

本裝置中在行走組件2-5的方形外殼內(nèi)安裝有一個控制器，控制器為單片機(jī)或DSP，具有遙控功能。該控制器通過無線連接方式分別與電磁線圈1-6、電機(jī)2-5-2、伸縮桿2-5-5、攝像頭2-5-6、閃光燈2-5-7、電阻絲3-1-3、風(fēng)扇電機(jī)3-2-3相連。

本實用新型真空開關(guān)電弧綜合實驗裝置工作流程為：先控制通入電磁線圈1-6的電流的大小和方向，使其對連接桿1-7產(chǎn)生吸引力，使動觸頭1-5與2個靜觸頭1-4保持接觸。隨后，控制實驗裝置開始工作，在2個靜觸頭1-4中通入電流，改變通入電磁線圈1-6的電流的大小和方向，使動觸頭1-5與2個靜觸頭1-4分離，從而產(chǎn)生電弧。若只需要研究磁場對電弧的影響，則在電阻絲3-1-3通入少量的電流使其產(chǎn)生磁場和極少量的熱量。若需要同時研究磁場和溫度對電弧的影響時，則在電阻絲3-1-3通入大量的電流使其產(chǎn)生磁場和大量的熱量，同時控制風(fēng)扇3-2開始轉(zhuǎn)動，增加加熱的效果。在產(chǎn)生電弧時，行走組件2-5開始沿第一軌道2-3和第二軌道2-4進(jìn)行環(huán)形的行走運動，同時伸縮桿2-5-5可以做伸長和縮短的運動，使得攝像頭2-5-6通過透明的真空罩能全方位地對電弧進(jìn)行拍攝，觀察電弧產(chǎn)生和熄滅的每個細(xì)節(jié)。行走組件2-5有兩種工作模式：一是按照預(yù)先的設(shè)定進(jìn)行行走和拍攝；二是實驗人員通過遙控器來對控制器發(fā)出指令，來控制行走組件2-5的行走路線和方位，來對電弧進(jìn)行針對性的拍攝。在一次實驗過后，切斷通入電阻絲3-1-3的電流，并使風(fēng)扇3-2多轉(zhuǎn)動一些時間，來使整個裝置降到室溫狀態(tài)。

本實用新型真空開關(guān)電弧綜合實驗裝置，所用的元器件和零部件均是本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的，可以通過商購獲得或自己容易制作的，所有元器件的材質(zhì)、之間的連接方式、零部件的安裝、操控方式以及電源線路的接線方式也是本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的。

需要強(qiáng)調(diào)的是，本實用新型所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本實用新型包括并不限于具體實施方式中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案得出的其他實施方式，同樣屬于本申請權(quán)利要求保護(hù)的范圍。