高速气流环境下绝缘材料表面电荷检测装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高速气流环境下绝缘材料表面电荷检测装置及其控制方法，属于电学领域。该检测装置包括可调高速气流产生单元和高速气流的通道，通道远离可调高速气流产生单元的一端为第一端部，第一端部内设置有风速测量单元和传送单元；传送单元上设置有用于固定待检绝缘材料的导电板电极，第一端部的顶壁上设置有贯穿顶壁的绝缘套管，绝缘套管内设置有伸缩轴，伸缩轴下端设置有针电极，针电极与导电板电极构成针板电极，针电极远离第一端部底壁的一端通过穿过绝缘套管的导线与保护电阻连接，保护电阻的另一端与接地直流高压发生器连接，针板电极与直流分压器并联；第一端部的顶部内侧设置有三轴移动单元，三轴移动单元上设置有静电计的探头。

Device and control method of surface charge detection of insulating materials in high speed air flow environment

The invention discloses a surface charge detection device and a control method of insulating material under high-speed air flow environment, belonging to the electrical field. The detection device includes an adjustable high-speed air flow generation unit and a channel for high-speed air flow. One end of the channel away from the adjustable high-speed air flow generation unit is the first end, and the first end is provided with a wind speed measurement unit and a transmission unit; the transmission unit is provided with a conductive plate electrode for fixing the insulating material to be tested, and the top wall of the first end is provided with an insulating sleeve through the top wall A telescopic shaft is arranged in the edge sleeve, and a needle electrode is arranged at the lower end of the telescopic shaft. The needle electrode and the conductive plate electrode form a needle plate electrode. The end of the needle electrode far away from the bottom wall of the first end part is connected with the protective resistance through a wire passing through the insulating sleeve, the other end of the protective resistance is connected with the grounded DC high voltage generator, and the needle plate electrode is in parallel with the DC voltage divider; the top inner side of the first end part is arranged A three-axis moving unit is arranged, and a probe of an electrometer is arranged on the three-axis moving unit.

【技术实现步骤摘要】
高速气流环境下绝缘材料表面电荷检测装置及其控制方法
本专利技术涉及电学领域，具体涉及一种高速气流环境下绝缘材料表面电荷检测装置及其控制方法。
技术介绍
绝缘材料是在允许电压下不导电的材料，被广泛应用于各种电气设备中，是牵引供电系统安全可靠运行强有力的保障。随着我国国民经济的快速发展，高速铁路建设里程的不断增长，高铁极大地方便了人民群众的出行，提高了人民生活水平，高铁以成为人们生活中不可或缺的出行工具。目前我国拥有世界上规模最大的高速铁路网络，在全球处于领先的地位。高速列车的运行速度超过200Km/h，运行过程中，车顶绝缘设备以及牵引供电系统绝缘设备处于高速气流环境中，由于绝缘材料生产工艺的缺陷以及长期的使用，其绝缘性能不可避免的可能会出现劣化，导致其表面存在大量电荷积聚，影响列车运行。而对高速气流环境下绝缘材料表面电荷积聚规律的研究对于测定高速气流环境中绝缘材料的电气性能具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术旨在提供一种能够检测绝缘材料在变化的高速气流环境以及变化的电场环境下其表面电荷分布情况的高速气流环境下绝缘材料表面电荷检测装置及其控制方法，从而为高速气流环境下绝缘材料表面电荷积聚规律的研究提供采集数据。为了达到上述专利技术创造的目的，本专利技术采用的技术方案为：提供一种高速气流环境下绝缘材料表面电荷检测装置，其包括可调高速气流产生单元和用于接收可调高速气流产生单元喷射的高速气流的通道，通道远离可调高速气流产生单元的一端为截面内部轮廓呈圆形的第一端部，第一端部的截面积小于通道靠近可调高速气流产生单元一端的截面积，第一端部内设置有风速测量单元和位于底部的传送单元；传送单元上设置有用于固定待检绝缘材料的导电板电极，导电板电极通过导线接地，第一端部的顶壁上设置有贯穿顶壁的绝缘套管，绝缘套管内设置有伸缩轴，伸缩轴下端设置有针电极，针电极与导电板电极构成针板电极，针电极远离第一端部底壁的一端通过穿过绝缘套管的导线与保护电阻连接，保护电阻的另一端与接地直流高压发生器连接，针板电极与直流分压器并联；第一端部的顶部内侧设置有三轴移动单元，三轴移动单元的输出端上设置有朝向待检绝缘材料的静电计的探头，静电计位于通道外；传送单元、三轴移动单元和静电计均与控制单元连接。进一步地，第一端部上设置有与第一端部密封连接、且可开合的观察窗。进一步地，可调高速气流产生单元包括三相交流异步电机和与三相交流异步电机连接的可调变频器。进一步地，伸缩轴为与控制单元连接的电动伸缩轴。进一步地，伸缩轴的输出端上设置有与控制单元连接的第一距离传感器。进一步地，三轴移动单元上设置有与控制单元连接的第二距离传感器。进一步地，针电极与可调高速气流产生单元之间的距离小于静电计的探头与可调高速气流产生单元之间的距离。另一方面，提供一种本方案设计的高速气流环境下绝缘材料表面电荷检测装置的控制方法，其包括：S1、将待检绝缘材料固定在传送单元上，然后移动待检绝缘材料使其位于针电极下方，并将针电极与待检绝缘材料顶部之间的垂直距离调节至设定距离值；S2、采用控制变量法单独调节接地直流高压电源的输出电压和可调高速气流产生单元喷射高度气流的速度并保持设定时间，在每次调节结束后，将待检绝缘材料移动至设定位置处，使其位于探头下方，并利用探针的移动依次检测待检绝缘材料顶部表面多个设定检测点的电荷的种类和数量，在探针移动的过程中，探针与待检绝缘材料顶部之间的距离保持设定值不变。本专利技术的有益效果为：通过可调高速气流产生单元产生高速气流，高速气流进入第一通道从而进入第一端部内。接地直流高压电源、保护电阻和针电极、空气、待检绝缘材料和导电板电极构成的回路的导通实现对绝缘材料的充电以模拟高速气流环境下绝缘材料表面电荷积聚提供电场。最后通过静电计与三轴移动单元的结合完成对待检绝缘材料表面电荷分布情况的检测。过程中，采用控制变量法将气流速度和针电极的压降作为自变量。其中，气流速度的改变通过调节可调高速气流产生单元实现，并通过风速测量单元测量；针电极的压降的调节通过调节高压直流电源实现，并通过直流分压器测量，从而完成不同气流速度和不同电场的调节。由于第一端部的截面积小于通道靠近可调高速气流产生单元一端的截面积，使得第一端部内的气流速度大于通道靠近可调高速气流产生单元一端内气流速度，从而提高了该检测装置能够达到的最大气流速度。另外，第一端部截面内部轮廓呈圆形，使得进入第一端部内的气流更加平稳。针电极位于伸缩轴上且弹针位于三轴移动单元上，使得该检测装置能够适用于不同形状和不同材质的绝缘材料，可广泛引用于实际，适宜推广应用。附图说明图1为实施例中高速气流环境下绝缘材料表面电荷检测装置的局部结构示意图；图2本专利技术对绝缘材料进行充电的原理图。其中，1、可调高速气流产生单元；2、第一端部；3、导电板电极；4、待检绝缘材料；5、传送单元；6、风速测量单元；7、静电计；8、三轴移动单元；9、探针；10、伸缩轴；11、绝缘套管；12、针电极；13、观察窗。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式做详细说明，以便于本
的技术人员理解本专利技术。但应该清楚，下文所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。在不脱离所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，本领域技术人员在没有做出任何创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。如图1和图2所示，该高速气流环境下绝缘材料表面电荷检测装置包括可调高速气流产生单元1和用于接收可调高速气流产生单元1喷射的高速气流的通道，通道远离可调高速气流产生单元1的一端为截面内部轮廓呈圆形的第一端部2，第一端部2的截面积小于通道靠近可调高速气流产生单元1一端的截面积，第一端部2内设置有风速测量单元6和位于底部的传送单元5；传送单元5上设置有用于固定待检绝缘材料4的导电板电极3，导电板电极3通过导线接地，第一端部2的顶壁上设置有贯穿顶壁的绝缘套管11，绝缘套管11内设置有伸缩轴10，伸缩轴10下端设置有针电极12，针电极12与导电板电极3构成针板电极，针电极12远离第一端部2底壁的一端通过穿过绝缘套管11的导线与保护电阻连接，保护电阻的另一端与接地直流高压发生器连接，针板电极与直流分压器并联；第一端部2的顶部内侧设置有三轴移动单元8，三轴移动单元8的输出端上设置有朝向待检绝缘材料4的静电计7的探头，静电计7位于通道外；传送单元5、三轴移动单元和静电计7均与控制单元连接。绝缘套管11的设置增强了电气绝缘距离，进一步确保操作人员人身安全。实施时，为使本装置能够达到更高速的气流，如图1所示，通道靠近可调高速气流产生单元1一端的截面为截面积逐渐增大的圆形，通道靠近可调高速气流产生单元1一端的截面积的最大值与第一端部2截面积的比值为2.25:1。同时第一端部2截面内部轮廓的直径大于20cm且小于40cm，在本例中取30cm，且第一端部2长2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高速气流环境下绝缘材料表面电荷检测装置，其特征在于，包括可调高速气流产生单元(1)和用于接收可调高速气流产生单元(1)喷射的高速气流的通道，所述通道远离可调高速气流产生单元(1)的一端为截面内部轮廓呈圆形的第一端部(2)，所述第一端部(2)的截面积小于通道靠近可调高速气流产生单元(1)一端的截面积，所述第一端部(2)内设置有风速测量单元(6)和位于底部的传送单元(5)；/n所述传送单元(5)上设置有用于固定待检绝缘材料(4)的导电板电极(3)，所述导电板电极(3)通过导线接地，所述第一端部(2)的顶壁上设置有贯穿所述顶壁的绝缘套管(11)，所述绝缘套管(11)内设置有伸缩轴(10)，所述伸缩轴(10)下端设置有针电极(12)，所述针电极(12)与导电板电极(3)构成针板电极，所述针电极(12)远离第一端部(2)底壁的一端通过穿过所述绝缘套管(11)的导线与保护电阻连接，所述保护电阻的另一端与接地直流高压发生器连接，所述针板电极与直流分压器并联；/n所述第一端部(2)的顶部内侧设置有三轴移动单元(8)，所述三轴移动单元(8)的输出端上设置有朝向待检绝缘材料(4)的静电计(7)的探头，所述静电计(7)位于通道外；所述传送单元(5)、三轴移动单元和静电计(7)均与控制单元连接。/n...

【技术特征摘要】
1.高速气流环境下绝缘材料表面电荷检测装置，其特征在于，包括可调高速气流产生单元(1)和用于接收可调高速气流产生单元(1)喷射的高速气流的通道，所述通道远离可调高速气流产生单元(1)的一端为截面内部轮廓呈圆形的第一端部(2)，所述第一端部(2)的截面积小于通道靠近可调高速气流产生单元(1)一端的截面积，所述第一端部(2)内设置有风速测量单元(6)和位于底部的传送单元(5)；
所述传送单元(5)上设置有用于固定待检绝缘材料(4)的导电板电极(3)，所述导电板电极(3)通过导线接地，所述第一端部(2)的顶壁上设置有贯穿所述顶壁的绝缘套管(11)，所述绝缘套管(11)内设置有伸缩轴(10)，所述伸缩轴(10)下端设置有针电极(12)，所述针电极(12)与导电板电极(3)构成针板电极，所述针电极(12)远离第一端部(2)底壁的一端通过穿过所述绝缘套管(11)的导线与保护电阻连接，所述保护电阻的另一端与接地直流高压发生器连接，所述针板电极与直流分压器并联；
所述第一端部(2)的顶部内侧设置有三轴移动单元(8)，所述三轴移动单元(8)的输出端上设置有朝向待检绝缘材料(4)的静电计(7)的探头，所述静电计(7)位于通道外；所述传送单元(5)、三轴移动单元和静电计(7)均与控制单元连接。


2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第一端部(2)上设置有与第一端部(2)密封连接、且可开合的观察窗(13)。


3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述可调高速气流产...

【专利技术属性】
技术研发人员：张血琴，李沛东，郭裕钧，刘凯，吴广宁，高国强，高波，杨雁，李春茂，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51