专利名称：一种真空电触头材料电击穿特性测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电气工程领域电接触材料电击穿特性评价技术，涉及一种真空电触头材料电击穿特性测试装置。
背景技术：
真空开关的使用性能与触头材料密切相关，触头材料不仅影响真空开关的耐电压强度而且影响真空开关的分断能力及寿命，对真空开关长期载流能力也有影响，触头材料的不断创新与发展均会提高或改善真空开关的性能。我国真空开关从20世纪80年代研发，90年代推广应用，现已进入成熟期，特别是 改革开放以来，随着国民经济的迅猛发展，使用真空开关管制成的真空开关设备已广泛地应用于能源、交通、冶金、航空航天、船舶、建筑等各个领域。当今社会现代化工业高速发展，高压输变电网路负荷日益增加，低压配电系统与控制系统日益发展，自动化水平不断提高，这就对触头材料提出了越来越高的要求。因此，世界各先进国家如美、德、日、法、英、意等都十分重视触头材料的研究。目前用于不同规格的真空触头材料大致分为三类(I)半难熔金属加良导体，典型的如铜铬合金；(2)难熔金属加良导体，典型的如铜钨合金；(3)铜合金，如铜铋等。这三种材料的定性比较结果表明W具有极强的电子发射特性，W-Cu材料只适用于电流小于IOKA的真空开关；Cu-Bi系材料耐压强度低，抗电蚀性差，且机械脆性大，应用范围及寿命受到限制，国内Cu-Bi材料的开断能力只达20KA、350MVA。经过近20年的合金设计和选择，Cu-Cr合金是目前世界上公认的，可以满足真空开关基本要求的最佳触头材料之一。真空开关电接触材料特性主要包括电导率和热导率、耐电压强度、截流水平、抗熔焊性能和耐损蚀性能等。但目前国内外缺乏实验室评价电接触材料电击穿特性的实验装置。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种真空电触头材料电击穿特性测试装置，以解决电接触材料电击穿过程中各特性参数的测试问题。为实现上述目的，本实用新型的真空电触头材料电击穿特性测试装置包括用于装设待测触头的真空室，该真空室的一端连有高、低真空获得设备，另一端分别连有击穿电源、电击穿特性测量设备和用于提供待测触头闭合和断开所需动力的传动机构。进一步的，所述传动机构为一个双级齿轮减速器，且通过一个速度连续可调的正反两个方向转动的小型电动机。进一步的，所述电击穿特性测量设备包括万用表、百分表和复合真空计。进一步的,所述复合真空计是电离计和热偶计复合而成。进一步的，所述高、低真空获得设备中低真空获得设备为直联双级串联旋片式真空泵，高真空获得设备为油扩散泵，低真空获得设备通过不锈钢管道、三通阀、高真空阀与真空室连接，高真空获得设备通过不锈钢管道、挡油器、高真空阀与真空室连接。进一步的，所述真空室是用不锈钢波纹管和法兰盘焊接而成。进一步的，还包括辅助设备，该辅助设备包括冷却水源、冷却水管道、油扩散泵加热电炉、挡油器和支架。本实用新型的真空电触头材料电击穿特性测试装置在测试时，阴阳两极分别固定在真空室的上下两端，真空室的上端固定不动，阴极固定在真空室的上端，真空室的下端连接传动机构，将真空室抽真空达到一定真空度后，传动机构使阳极上下运动，以模拟真空开关开闸与合闸过程，此时电击穿特性测量设备通过测量得到各种特性参数，既可以评价真 空开关电接触材料的电击穿特性，也可以评价导电材料在真空中的电击穿特性。
图I为本实用新型测试装置测试原理图；图2为本实用新型测试装置测试电路图；图3为电击穿试样的形状图。图中1、旋片式真空泵，2、电磁阀，3、低真空测量，4、三通阀，5、低真空测量，6、储气筒，7、高真空测量，8、充气阀，9、电动机，10、减速器I，11、减速器11，12、电源，13、百分表，14、万用表，15、真空室、16、高真空阀，17、挡油器，18、油扩散泵。R1、R2、R3和R4微电阻，电阻值均为IM Ω。
具体实施方式
真空电触头材料电击穿特性测试装置，主要由击穿电源、真空获得设备、真空室、传动机构、测量设备和其他一些辅助设备构成。击穿电源由TIG-185型的直流氩弧焊机提供。电流5A-185A连续可调，在输出回路上，氩弧焊机采用负极输出方式，输出负极接电极针，而正极直接接工件。真空获得设备主要分为低真空获得设备和高真空获得设备两个部分。其中低真空获得设备为2XZ-2型直联双级串联旋片式真空泵，极限真空度为6 X 10_2Pa。高真空获得设备由JK-100B油扩散泵提供，极限真空度为1.3X10_4Pa。低真空获得设备通过不锈钢管道、三通阀、高真空阀与真空室连接，高真空获得设备通过不锈钢管道、挡油器、高真空阀与真空室连接，高、低真空获得设备之间为并联关系。真空室是用不绣钢波纹管和法兰盘焊接而成的，可以实现真空室的压缩和扩张。真空室的一侧通过不锈钢透明管与油扩散泵抽气口相连接。测试时，阴阳两极分别固定在真空室的上下两端。真空室的上端固定不动，阴极固定在真空室的上端。真空室的下端连接传动机构，试验时通过阳极的上下运动可以模拟真空开关开闸与合闸过程。传动机构是为了提供阴阳两极在闭合和断开过程中所需要的动力。传动机构主要是一个双级齿轮减速器，速度比分别为1:40和1:50，带动减速器运转的是一个速度连续可调的小型电动机，可以正反两个方向转动，用来模拟真空开关开闸与合闸过程。测量设备主要包括VC890D/VC890C+万用表、805型百分表和FZH-2B/2BK复合真空计。VC890D/VC890C+万用表主要用来测量电击穿瞬间过程中阴阳两极之间的击穿电压和电击穿过程中回路电流和回路电阻。805型百分表主要用来测量电击穿瞬间阴阳两极之间的距离。FZH — 2B/2BK复合真空计系电离计和热偶计复合而成，其中电离计用于测量高真空系统的真空度，热偶计用于测量低真空系统的真空度。其他一些辅助设备主要包括冷却水源、冷却水管道、油扩散泵加热电炉、挡油器和支架等一些固定措施等。如图I所示，真空电 触头材料电击穿特性测试装置，主要包括旋片式真空泵I、电磁阀2、低真空测量3、三通阀4、低真空测量5、储气筒6、高真空测量7、充气阀8、电机9、减速器I 10、减速器II 11、电源12、百分表13、万用表14、真空室15、高真空阀16、挡油器17、油扩散泵18。利用本真空电触头材料电击穿特性测试装置测试过程包括准备、开机和测试三部分组成。准备是指测试前，必须对真空室及其管道等事先进行检漏，并清洗干净，确保各处密封可靠。连接好冷却水管道，准备好扩散泵加热器及电源，并准备好真空测量系统。开机是指所有准备工作完成后，先开旋片式真空泵1，预抽低真空，此时三通阀4往里推至死点，开启真空计3和5，并打到Vl档，测量前级低真空，待真空度抽至6Pa时后，接通冷却水及扩散泵加热器，扩散泵加热40分钟后即可正常工作，此时将三通阀4拉出至死点，对真空容器进行预抽，真空计3和5换档至V2，测量真空室中的真空度，待真空室的真空度达到6Pa后，再开高真空阀，同时将三通阀推至里面死点，当低真空测量等于或小于I. SXliT1Pa时，转至高真空测量，直至真空度达到试验所需真空度(I. 3X 10_2Pa)为止。测试是指档真空室15中的真空度达到I. 3X 10_2Pa后，可以开始触头材料的电击穿试验，测试电路如附图2所示。测试过程装样、抽真空、电接触点的确定、阴阳两极间距离和电压的测定、触头击穿过程中电压-距离曲线的测定。装样是将试样(如图3所示)作为阳极(可以上下移动)，Φ3.2πιπι的纯W棒作为阴极(固定不动)装于真空室15内，并密封好。抽真空是指开机抽真空，等真空度达到I. 3X10_2Pa后，打开速度可调的电动机9，转动调速旋扭，使阳极以O. 2mm/min的速度运动。将万用表14的两根表笔分别接到阴阳两极的引出线上。测量电阻时万用表14按图中虚线所示连接，测量触头两端电压时，万用表14按图中实线所示连接。RpHR4是四个阻值为1ΜΩ的电阻，其串联后与真空室15内两触头组成的电路形成并联回路。电接触点的确定为电源12由TIG-185型直流氩弧焊机提供。当阴阳两极还未接触时，万用表14的读数为％、R2, R3、R4四个电阻串联后的阻值4ΜΩ ;当两触头缓慢接近直到接触时，两触头与万用表14形成一个闭合回路，此时万能表的读数为零。然后让电机反转，将阴阳两极拉开，测量电阻无穷大时的最小距离即为触头的接触距离。从百分表13上读取该数值。当阴阳两极拉开一定距离(大约O. 2mm)后，再让阴极上升直至接触再拉开，如此反复，直到接触距离为一个比较稳定的数值后，再连续测量三次，取平均值。将此数值作为最终接触点记录下来。阴阳两极间距离和电压的测定过程为，测试开始前先通冷却水，再将阴阳两极之间的距离拉开至Imm左右，打开电源12，把电流调节到10A，在阴阳两极之间加上一个高压，让阳极以一个恒定的速率(大约0.2mm/min)接近阴极。阴阳两极之间导通的瞬时，关闭电源12。同时关闭电动机9，使阴极停止运动，从万用表14上读取电压值，从百分表13上读取阳极所在的位置值。此时得到一个电压值U和一个触头位置值Dp U即为击穿电压，用触头位置值D1减去接触点的值Dtl便得到起弧时阴阳两极间的距离D。则耐电压强度的计算式为E = U/D，E为耐电压强度，U为击穿电压，D为击穿瞬时两触头间的距离，即起弧距离，D=D1-D00按照上述步骤测量耐电压强度，每个试样测量200个数据，做试样耐电压强度的统计分布图，取100次至120次的平均值作为试样的耐电压强度值。触头击穿过程中电压-距离曲线的测定过程为，取I个如图3所示的试样装入真空室15，密封，待真空度达到I. 3X ICT2Pa后，找到材料的接触距离点。然后打开电动机9， 使阳极向远离阴极的方向移动，达到起弧距离D时停止。打开电源12，同时开电动机9，使阳极向下运动，此时阴阳两极发生击穿，在击穿过程中，每隔10秒记录一次阴阳两极间的电压值和距离值，做触头材料击穿过程中电压-距离关系曲线。
权利要求1.ー种真空电触头材料电击穿特性测试装置，其特征在于包括用于装设待测触头的真空室，该真空室的一端连有高、低真空获得设备，另一端分别连有击穿电源、电击穿特性測量设备和用于提供待测触头闭合和断开所需动カ的传动机构。
2.根据权利要求I所述的装置，其特征在于所述传动机构为ー个双级齿轮减速器，且通过ー个速度连续可调的正反两个方向转动的小型电动机。
3.根据权利要求I所述的装置，其特征在于所述电击穿特性測量设备包括万用表、百分表和复合真空计。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述复合真空计是电离计和热偶计复合rfu 。
5.根据权利要求I所述的装置，其特征在于所述高、低真空获得设备中低真空获得设备为直联双级串联旋片式真空泵，高真空获得设备为油扩散泵，低真空获得设备通过不锈钢管道、三通阀、高真空阀与真空室连接，高真空获得设备通过不锈钢管道、挡油器、高真空阀与真空室连接。
6.根据权利要求I所述的装置，其特征在于所述真空室是用不锈钢波纹管和法兰盘焊接而成。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的装置，其特征在于还包括辅助设备，该辅助设备包括冷却水源、冷却水管道、油扩散泵加热电炉、挡油器和支架。
专利摘要本实用新型涉及一种真空电触头材料电击穿特性测试装置，包括用于装设待测触头的真空室，该真空室的一端连有高、低真空获得设备，另一端分别连有击穿电源、电击穿特性测量设备和用于提供待测触头闭合和断开所需动力的传动机构；在测试时，阴阳两极分别固定在真空室的上下两端，真空室的上端固定不动，阴极固定在真空室的上端，真空室的下端连接传动机构，将真空室抽真空达到一定真空度后，传动机构使阳极上下运动，以模拟真空开关开闸与合闸过程，此时电击穿特性测量设备通过测量得到各种特性参数，既可以评价真空开关电接触材料的电击穿特性，也可以评价导电材料在真空中的电击穿特性。
文档编号G01R31/12GK202421430SQ201220012869
公开日2012年9月5日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者任凤章, 刘勇, 宋克兴, 张毅, 李晓燕, 王顺兴, 田�：�, 龙永强 申请人:河南科技大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
