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專利名稱：一種介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，特別涉及一種適用于串聯(lián)諧振逆變電源供電下介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
介質(zhì)阻擋放電，又稱無(wú)聲放電，其主要特點(diǎn)是至少一個(gè)電極表面被絕緣介質(zhì)覆蓋或在放電空間插入絕緣介質(zhì)，當(dāng)在放電電極上施加交流高壓后，電極間建立的高強(qiáng)度交變電場(chǎng)將氣體擊穿而形成放電。目前，介質(zhì)阻擋放電技術(shù)在材料、微電子、化工、機(jī)械、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生、自來(lái)水深度處理等眾多學(xué)科領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。由于介質(zhì)阻擋放電的特征參數(shù)(介質(zhì)阻擋電容、氣體放電電容和放電維持電壓)與其供電電源的主回路參數(shù)設(shè)計(jì)有著密切聯(lián)系，因此需要準(zhǔn)確地測(cè)量介質(zhì)阻擋放電電路的特征參數(shù)。目前，介質(zhì)阻擋放電電路的參數(shù)測(cè)量主要有兩種方法，目前對(duì)于介質(zhì)阻擋放電參數(shù)的測(cè)量主要有兩種方法，一種可以稱為幾何計(jì)算法，即根據(jù)已知介質(zhì)阻擋放電裝置的幾何尺寸和阻擋介質(zhì)層的介電系數(shù)，直接計(jì)算介質(zhì)阻擋層電容和氣隙電容，但受制造工藝等的限制，幾何尺寸和材質(zhì)的介電系數(shù)零散性很大，計(jì)算往往無(wú)法得到精確的計(jì)算結(jié)果；第二種方法可就是“李薩茹”圖形法，它是目前生產(chǎn)實(shí)踐通常采用的一種測(cè)量介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)的方法。但常規(guī)采樣李莎茹圖形法測(cè)量介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)存在諸多不足，具體如下:(I)需要在主回路中串接“積分”電容，導(dǎo)致測(cè)量過(guò)程連線復(fù)雜，并影響測(cè)量的精度；(2)需要使用示波器，高壓探頭等專業(yè)設(shè)備，前期投資大，且操作復(fù)雜，需要專業(yè)人員進(jìn)行測(cè)量；
·
(3)需要對(duì)示波器的顯示值進(jìn)行估讀，測(cè)量結(jié)果誤差大；(4)需要在重復(fù)測(cè)量和讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行離線進(jìn)行處理，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下；綜上所述，現(xiàn)有對(duì)介質(zhì)阻擋型放電參數(shù)的裝置與測(cè)量方法存在操作復(fù)雜、效率低、誤差大和難以在線測(cè)量等不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所述的一種介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，可以解決現(xiàn)有介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)測(cè)量裝置和測(cè)量方法的接線繁瑣、準(zhǔn)確性不高和難以在線測(cè)量的問(wèn)題。本發(fā)明所述的一種介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)包括:串聯(lián)諧振逆變電源；對(duì)介質(zhì)阻擋放電電路電壓進(jìn)行降壓檢測(cè)的電容分壓電路；采用電流互感器對(duì)流過(guò)介質(zhì)阻擋放電電路電流進(jìn)行積分處理的“電荷積分”電路；串聯(lián)諧振逆變電路主電流過(guò)零、“電荷積分”回路電壓、電容分壓回路電壓過(guò)零檢測(cè)電路；用于檢測(cè)電容分壓和“電荷積分”回路電壓的采樣電路；數(shù)據(jù)處理單元利用檢測(cè)到的關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)重構(gòu)介質(zhì)阻擋放電電路的“李薩茹”圖形，并且利用重構(gòu)的“李薩茹”圖形計(jì)算介質(zhì)阻擋電路的阻擋電容、氣隙電容、放電維持電壓和放電功率。所述串聯(lián)諧振逆變電源是利用串聯(lián)諧振逆變的原理給介質(zhì)阻擋放電電路提供一個(gè)高頻的交變的高壓電源，以形成檢測(cè)介質(zhì)阻擋放電電路所需的信號(hào)。所述的電容分壓電路是由兩個(gè)無(wú)極性電容串聯(lián)構(gòu)成，這兩個(gè)電容上電壓與介質(zhì)阻擋放電電路承受的電壓存在比例關(guān)系，通過(guò)合理配置這兩個(gè)電容的電容數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)介質(zhì)阻擋電路上電壓的降壓檢測(cè)；“電荷積分”電路由一個(gè)電流互感器和與其相連的無(wú)極性電容構(gòu)成，該電路對(duì)通過(guò)流過(guò)介質(zhì)阻擋放電電流進(jìn)行積分運(yùn)算。通過(guò)電容分壓和“電荷積分”回路上的電壓形成重構(gòu)介質(zhì)阻擋放電電路“李薩茹”圖形所需的原始數(shù)據(jù)。參數(shù)檢測(cè)裝置利用串聯(lián)諧振逆變電路主電流過(guò)零、“電荷積分”回路電壓、電容分壓回路電壓過(guò)零檢測(cè)電路形成采樣電路的采樣控制信號(hào)，并在數(shù)據(jù)處理單元的協(xié)調(diào)下完成重構(gòu)介質(zhì)阻擋放電電路“李薩茹”圖形所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)的采集。電容分壓電路直接與介質(zhì)阻擋放電電路相連，組成分壓回路的下部電容輸出電壓分別與采樣回路和電容分壓回路電壓過(guò)零檢測(cè)電路相連；“電荷積分”電路輸出電壓分別與采樣回路和電容分壓回路電壓過(guò)零檢測(cè)電路相連。通過(guò)電容分壓電路、“電荷積分”、過(guò)零比較電路、采樣電路構(gòu)成測(cè)量回路。數(shù)據(jù)處理單元接受過(guò)零檢測(cè)電路的信號(hào)，通過(guò)鑒別不同的過(guò)零檢測(cè)信號(hào)，分別采集不同的電壓數(shù)據(jù)，完成介質(zhì)阻擋放電電路“李薩茹”圖形的重構(gòu)。

一種介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)檢測(cè)方法，其檢測(cè)步驟如下:(I)當(dāng)介質(zhì)阻擋放電由串聯(lián)諧振逆變電路供電時(shí)，當(dāng)逆變電路電流由正變負(fù)時(shí)，電容分壓電路和“電荷積分”電壓達(dá)到最大值；當(dāng)逆變電路電流由正變負(fù)時(shí)，電容分壓電路和“電荷積分”電壓達(dá)到最小值，通過(guò)檢測(cè)這兩個(gè)時(shí)刻的電容分壓電路和“電荷積分”電壓來(lái)獲得重構(gòu)“李薩茹”圖形的兩個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)；(2)通過(guò)檢測(cè)“電荷積分”電路電壓由負(fù)變正時(shí)刻電容分壓電路上的電壓和電容分壓電路上的電壓由負(fù)變正時(shí)刻“電荷積分”電路電壓的電壓，來(lái)獲得重構(gòu)“李薩茹”圖形的另外兩個(gè)坐標(biāo)；(3)由⑴⑵獲得的4個(gè)坐標(biāo)數(shù)值，重構(gòu)介質(zhì)阻擋放電電路的“李薩茹”圖形(平行四邊形狀)；(4)分別計(jì)算“李薩茹”圖形的相鄰兩條邊的斜率，并結(jié)合檢測(cè)回路的相關(guān)參數(shù)求取介質(zhì)阻擋電容和氣隙電容數(shù)值；(5)通過(guò)計(jì)算“李薩茹”圖形在橫軸上的截距，求取放電維持電壓；(6)通過(guò)計(jì)算“李薩茹”圖形的面積求取單周期內(nèi)介質(zhì)阻擋放電電路的能量；(7)結(jié)合串聯(lián)諧振逆變電路的工作頻率和單周期內(nèi)介質(zhì)阻擋放電電路的能量，求取介質(zhì)阻擋放電電路的放電功率。
(8)輸出計(jì)算得到的介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:(I)無(wú)需對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行估讀，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確；(2)無(wú)需使用示波器和高壓探頭等專業(yè)設(shè)備；(3)能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)的在線測(cè)量；(4)測(cè)量速度快，能實(shí)時(shí)分析每個(gè)放電周期內(nèi)介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)變化情況；(5)通過(guò)本發(fā)明構(gòu)成的檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)需在主回路中串接“積分”電容，簡(jiǎn)化了測(cè)量過(guò)程的接線工作量。


圖1為介質(zhì)阻擋電路放電和未放電階段等效電路圖2為傳統(tǒng)介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法圖3為實(shí)測(cè)的介質(zhì)阻擋放電電路的“電壓-電荷李薩茹”圖形圖4為本發(fā)明所述的介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法示意5為本發(fā)明所述的介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)檢測(cè)裝置和檢測(cè)方法的一個(gè)實(shí)施例示意6為本發(fā)明所述的介質(zhì)阻擋放電電路的“李薩茹”圖形重構(gòu)示意7為本發(fā)明的介質(zhì)阻擋放電參數(shù)計(jì)算實(shí)現(xiàn)流程圖
具體實(shí)施例方式附圖1為介質(zhì)阻擋放電電路放電和未放電時(shí)等效電路，介質(zhì)阻擋放電電路在未放電時(shí)可以等效為阻擋介質(zhì)電容(；和氣隙電容Cg相串聯(lián)，在放電電路在放電時(shí)可以等效為阻擋介質(zhì)電容Cd和放電維持電壓Uz相串聯(lián)的結(jié)構(gòu)。附圖2為傳統(tǒng)介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，附圖3為實(shí)測(cè)的介質(zhì)阻擋放電電路的“電壓-電荷李薩茹”圖形。在附圖2中:Rm為“分壓電阻”;Cm為“積分”電容；T為升壓變壓器；示波器按照李薩茹圖形法連接。由于電路存在如附圖1所示的放電階段和未放電階段，通過(guò)電壓-電荷李薩茹圖形法將會(huì)得到一個(gè)平行四邊形。附圖4本發(fā)明所述的介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)檢測(cè)裝置和檢測(cè)方法的一個(gè)實(shí)施例示意圖。該實(shí)施例主要包括硬件和軟件兩部分。硬件部分包括第一電流互感器CT1、第二電流互感器CT2、積分電容Cm、過(guò)零比較電路使用電阻R1、第一分壓電容Cl、第二分壓電容C2、過(guò)零比較電阻；第一電流互感器CTl與積分電容Cm相連，第二電流互感器CT2與電阻Rl相連；電阻Rl上電壓、第二分壓電容C2、積分電容Cm上的電壓與過(guò)零比較器相連，形成采樣所需的控制信號(hào)。軟件部分則通過(guò)測(cè)量主電路電流正、負(fù)向電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)，分壓電容C2和“積分”電容Cm上的電壓、積分電容Cm電壓由正變負(fù)時(shí)分壓電容C2上電壓、高壓分壓電容C2上電壓由負(fù)變正時(shí)分壓電容C2上電壓，來(lái)重構(gòu)一個(gè)介質(zhì)阻擋放電電路的“李薩茹”圖形。在重構(gòu)“李薩茹”圖形后通過(guò)附圖6所述的實(shí)現(xiàn)流程圖來(lái)完成參數(shù)的在線檢測(cè)。附圖5為本發(fā)明所述的介質(zhì)阻擋放電電路的“李薩茹”圖形重構(gòu)示意圖，通過(guò)采樣電路獲得B、D、M和N點(diǎn) 的數(shù)值后，通過(guò)這4點(diǎn)的數(shù)值，重構(gòu)介質(zhì)阻擋放電電路的“李薩茹”圖形。
附圖6為參數(shù)計(jì)算的具體實(shí)現(xiàn)流程。本發(fā)明的一種介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法具體實(shí)施步驟如下:(I)按照附圖4所示的硬件圖連接好線路，并在數(shù)據(jù)處理單元中完成軟件部分的初始化。(2)采用中斷方式采集附圖1中，B、D、M和N點(diǎn)的數(shù)據(jù)。(3)待數(shù)據(jù)采集完畢后，按式(I)計(jì)算未放電階段的等效電容C的數(shù)值:
權(quán)利要求
1.一種介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)檢測(cè)裝置，其特征在于它包括: 串聯(lián)諧振逆變電源； 對(duì)介質(zhì)阻擋放電電路電壓進(jìn)行降壓檢測(cè)的電容分壓電路； 采用電流互感器對(duì)流過(guò)介質(zhì)阻擋放電電路電流進(jìn)行積分處理的“電荷積分”電路； 串聯(lián)諧振逆變電路主電流過(guò)零、“電荷積分”回路電壓、電容分壓回路電壓過(guò)零檢測(cè)電路； 用于檢測(cè)電容分壓和“電荷積分”回路電壓的采樣電路； 數(shù)據(jù)處理單元利用檢測(cè)到的關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)重構(gòu)介質(zhì)阻擋放電電路的“李薩茹”圖形，并且利用重構(gòu)的“李薩茹”圖形計(jì)算介質(zhì)阻擋電路的阻擋電容、氣隙電容、放電維持電壓和放電功率。
所述串聯(lián)諧振逆變電源是利用串聯(lián)諧振逆變的原理給介質(zhì)阻擋放電電路提供一個(gè)高頻的交變的高壓電源，以形成檢測(cè)介質(zhì)阻擋放電電路所需的信號(hào)。所述的電容分壓電路是由兩個(gè)無(wú)極性電容串聯(lián)構(gòu)成，這兩個(gè)電容上電壓與介質(zhì)阻擋放電電路承受的電壓存在比例關(guān)系，通過(guò)合理配置這兩 個(gè)電容的電容數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)介質(zhì)阻擋電路上電壓的降壓檢測(cè)；“電荷積分”電路由一個(gè)電流互感器和與其相連的無(wú)極性電容構(gòu)成，該電路對(duì)通過(guò)流過(guò)介質(zhì)阻擋放電電流進(jìn)行積分運(yùn)算。通過(guò)電容分壓和“電荷積分”回路上的電壓形成重構(gòu)介質(zhì)阻擋放電電路“李薩茹”圖形所需的原始數(shù)據(jù)。參數(shù)檢測(cè)裝置利用串聯(lián)諧振逆變電路主電流過(guò)零、“電荷積分”回路電壓、電容分壓回路電壓過(guò)零檢測(cè)電路形成采樣電路的采樣控制信號(hào)，并在數(shù)據(jù)處理單元的協(xié)調(diào)下完成重構(gòu)介質(zhì)阻擋放電電路“李薩茹”圖形所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)的米集。
2.如權(quán)利要求1所述的一種介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)檢測(cè)裝置，其特征在于:電容分壓電路直接與介質(zhì)阻擋放電電路相連，組成分壓回路的下部電容輸出電壓分別與采樣回路和電容分壓回路電壓過(guò)零檢測(cè)電路相連；“電荷積分”電路輸出電壓分別與采樣回路和電容分壓回路電壓過(guò)零檢測(cè)電路相連。通過(guò)電容分壓電路、“電荷積分”、過(guò)零比較電路、采樣電路構(gòu)成測(cè)量回路。
3.如權(quán)利要求1所述的一種介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)檢測(cè)裝置，其特征在于:數(shù)據(jù)處理單元接受過(guò)零檢測(cè)電路的信號(hào)，通過(guò)鑒別不同的過(guò)零檢測(cè)信號(hào)，分別采集不同的電壓數(shù)據(jù)，完成介質(zhì)阻擋放電電路“李薩茹”圖形的重構(gòu)。
4.一種介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)檢測(cè)方法，其檢測(cè)步驟如下: (1)當(dāng)介質(zhì)阻擋放電由串聯(lián)諧振逆變電路供電時(shí)，當(dāng)逆變電路電流由正變負(fù)時(shí)，電容分壓電路和“電荷積分”電壓達(dá)到最大值；當(dāng)逆變電路電流由正變負(fù)時(shí)，電容分壓電路和“電荷積分”電壓達(dá)到最小值，通過(guò)檢測(cè)這兩個(gè)時(shí)刻的電容分壓電路和“電荷積分”電壓來(lái)獲得重構(gòu)“李薩茹”圖形的兩個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)； (2)通過(guò)檢測(cè)“電荷積分”電路電壓由負(fù)變正時(shí)刻電容分壓電路上的電壓和電容分壓電路上的電壓由負(fù)變正時(shí)刻“電荷積分”電路電壓的電壓，來(lái)獲得重構(gòu)“李薩茹”圖形的另外兩個(gè)坐標(biāo)； (3)由⑴(2)獲得的4個(gè)坐標(biāo)數(shù)值，重構(gòu)介質(zhì)阻擋放電電路的“李薩茹”圖形(平行四邊形狀)； (4)分別計(jì)算“李薩茹”圖形的相鄰兩條邊的斜率，并結(jié)合檢測(cè)回路的相關(guān)參數(shù)求取介質(zhì)阻擋電容和氣隙電容數(shù)值； (5)通過(guò)計(jì)算“李薩茹”圖形在橫軸上的截距，求取放電維持電壓； (6)通過(guò)計(jì)算“李薩茹”圖形的面積求取單周期內(nèi)介質(zhì)阻擋放電電路的能量； (7)結(jié)合串聯(lián)諧振逆變電路的工作頻率和單周期內(nèi)介質(zhì)阻擋放電電路的能量，求取介質(zhì)阻擋放電電路的放電功率。
(8)輸出計(jì)算得到 的介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種介質(zhì)阻擋放電電路參數(shù)檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，它包括串聯(lián)諧振逆變電源、信號(hào)檢測(cè)回路、采樣電路和數(shù)據(jù)處理單元。在所述的信號(hào)檢測(cè)回路中，包含有電容分壓電路、由電流互感器構(gòu)成的“電荷積分”電路、逆變電路電流過(guò)零檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)回路電壓過(guò)零檢測(cè)電路。通過(guò)串聯(lián)諧振逆變電源給介質(zhì)阻擋放電電路供電，形成各檢測(cè)回路所需的信號(hào)，利用檢測(cè)到的關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)重構(gòu)介質(zhì)阻擋放電電路的“李薩茹”圖形，從而完成介質(zhì)阻擋電容、氣隙電容、放電維持電壓和放電功率的實(shí)時(shí)計(jì)算。本發(fā)明克服了現(xiàn)有介質(zhì)阻擋型放電參數(shù)的測(cè)量方法存在操作復(fù)雜、效率低、誤差大和難以在線測(cè)量等不足。
文檔編號(hào)G01R31/12GK103235244SQ201310132909
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月2日
發(fā)明者唐雄民, 李思琪, 余亞?wèn)|, 嚴(yán)其林 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)