[发明专利]电感储能型脉冲功率系统中电爆炸丝断路开关实验装置

摘要

本发明公开了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。该电感储能型脉冲功率系统中电爆炸丝断路开关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。该实验装置能够实现测量不同材料、几何尺寸的电爆炸丝在不同条件下的开断能力和开断时间，研究电爆炸丝断路开关的开断特性，得到电爆炸丝的开断理论，指导实际应用。

主权项

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，其特征在于该实验装置包括主控制电路（1）、高压脉冲电源（2）、升压整流电路（3）、电爆炸丝断路开关实验电路（4）、高压测量电路（5）、脉冲高压电流测量电路（6）和人机界面（7）；主控制电路（1）包含单片机及外围电路（101）、光纤‑串口转换电路（102）、AD采集电路（103）和接口电路（104）；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（1）完成的主要功能包括：通过高压测量电路（5）对脉冲电容器组（401）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（401）上电压真实值；通过直流电机驱动器对自耦变压器（301）中的触点位置进行操控，从而改变自耦变压器（301）的输出电压；根据采集计算出的脉冲电容器组（401）电压值与接收的人机界面（7）发送的预算值的对比，对自耦变压器（301）的输出电压进行修正调节；向高压脉冲电源（2）发送低压脉冲信号（9）；通过光纤（11）与人机界面（7）进行通信，把采集的脉冲电容器组（401）电压信息实时的传输给人机界面（7）；同时接收并执行人机界面（7）传送过来的控制指令；高压脉冲电源（2）包含高隔离变压器（201）、低压触发信号（204）、光纤隔离传输电路（205）、整流电路（202）、储能电路（203）、可控硅（206）和脉冲变压器（207）；高压脉冲电源（2）的主要功能是同步放大来自主控制电路（1）的低压脉冲信号（9），产生高压脉冲信号（10），触发火花隙开关（402）导通；升压整流电路（3）包含自耦变压器（301）、高压变压器（302）、整流硅堆（303）和限流电阻（304）；其中自耦变压器（301）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（301）接收来自主控制电路（1）发送的电机控制信号，改变输出电压并输送给高压变压器（302）；高压变压器（302）变压器的升压比为1:100，其输出的高压经整流硅堆（303）单相整流后通过限流电阻（304）给脉冲电容器组（401）充电；升压整流电路（3）能够给脉冲电容器组（401）充电的最高电压为35 kV；采用的整流硅堆（303）的最大反向耐压为80 kV；电爆炸丝断路开关实验电路（4）由脉冲电容器组（401）、火花隙开关（402）、储能电感（403）、金属丝（404）、空气开关（405）和负载（406）组成；脉冲电容器组（401）由4台1.04μF/30kV的脉冲电容器并联组成；当脉冲电容器组（401）上的电压充至预设值时，可通过人机界面（7）上的按钮向主控制电路（1）发送放电指令，主控制电路（1）向高压脉冲电源（2）发送低压脉冲信号（9），经放大为高压脉冲信号（10）后，触发火花隙开关（402）导通，脉冲电容器组（401）上的能量经火花隙开关（402），储能电感（403）对金属丝（404）放电；当金属丝（404）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（403）上感应出的高压使空气开关（405）导通，完成电流的切换，脉冲能量释放到负载（406）上；高压测量电路（5）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（401）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（1）的AD采集电路（103）；脉冲高压电流测量电路（6）包括测量金属丝（404）两端脉冲高压的高压探头、测量金属丝（404）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（7）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（7）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（11）传输到主控制电路（1）；通过光纤（11）接收主控制电路（1）传输过来的当前脉冲电容器组（401）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（1）、高压脉冲电源（2）、升压整流电路（3）、电爆炸丝断路开关实验电路（4）和高压测量电路（5）安置于机柜内；主控制电路（1）和高压脉冲电源（2）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（3）和高压测量电路（5）位于机柜的底层，其中整流电路部分和高压测量电路（5）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（4）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（6）和人机界面（7）放置于屏蔽网外部的实验台上。