获得场致发射电流的方法及试验装置制造方法及图纸

一种获得场致发射电流的方法及试验装置，包括击穿电压测量装置，所述的击穿电压测量装置由分压器测量真空灭弧室试品两端电压，击穿电压测量装置所得到的回路电流由真空灭弧室试品玻璃外壳泄漏电流、位移电流和场致发射电流组成，其中泄露电流可以忽略不计，场致发射电流与施加电压同相位，位移电流超前施加电压π/2相位。根据场致发射相关理论，场致发射电流在施加电压前期接近0，此时的回路电流基本等于位移电流，本发明专利技术利用这一特性，通过数学算法从回路电流即预击穿电流中得到准确的场致发射电流。致发射电流。致发射电流。

【技术实现步骤摘要】
获得场致发射电流的方法及试验装置


[0001]本专利技术属于场致发射电流获取
，特别涉及一种获得场致发射电流的方法及试验装置。

技术介绍

[0002]真空断路器(Vacuum Circuit Breaker)具有环保无污染，结构紧凑体积小，可靠性强等优点而被广泛运用于高达72kV的中压等级线路。由于真空绝缘能力的限制，高压等级线路主要采用SF6断路器。为了真空断路器能够向更高电压等级发展，亟需开展真空间隙击穿机制的研究。
[0003]关于场致发射电流，目前的观点包括以下几种：
[0004]①
姚宗熙老师提出的：在小间隙情况下，预击穿电流内都包含着电子流，预击穿电流就是微突的场致发射电流；这是由F电极表面的场致电子发射引起的。
[0005]②
王卫斌老师提出的：真空间隙的击穿由预击穿现象引发，主要是由于场致电子发射和微放电引起的。
[0006]基于现有的研究结果，真空击穿机制类型主要分为两种：场致发射击穿与微粒击穿。场致发射击穿最明显的特征表现在真空击穿前场致发射电流的出现。根据场致发射相关理论，场致发射电流可以用于求解场致发射击穿中的各项参数来研究场致发射击穿机制，因此获得准确的场致发射电流对于研究场致发射击穿机制，提高真空绝缘水平具有十分重要的意义。
[0007]本技术方案要解决的技术问题为：现有的装置只能测得预击穿电流，因为含有位移电流而无法得到准确的场致发射电流。

技术实现思路

[0008]鉴于
技术介绍
所存在的问题，本专利技术所提供的获得场致发射电流的方法及试验装置，利用试验装置测得流经真空灭弧室试品的回路电流与两端击穿电压值后，采用数学算法改变位移电流，去除位移电流后的回路电流满足场致发射电流的特性，即可得到准确的场致发射电流。
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术采取了如下技术方案来实现：
[0010]一种获得场致发射电流的方法，包括以下步骤：
[0011]S1：搭建测量电路：将真空灭弧室试品与回路电流测量电阻串联，回路电流测量电阻与稳压管并联；将示波器并联在回路电流测量电阻上；
[0012]S2：利用示波器获取流经真空灭弧室试品的回路电路，回路电路包括真空灭弧室试品的外壳泄露电流、位移电流和场致发射电流，其中外壳泄露电流极小，忽略不计，因此回路电路包括位移电流和场致发射电流；场致发射电流与真空灭弧室试品上的施加电压同相位，位移电流超前施加电压π/2相位；
[0013]S3：利用场致发射电流在施加电压前期接近0，位移电流等于回路电流这一特性，
通过数学算法将位移电流去除，从而得到准确的场致发射电流：
[0014]S3.1：回路电流，场致发射电流，位移电流的关系为：
[0015]i＝i
fe
+ji
c
[0016]式中，i
c
表示位移电流，i
fe
表示场致发射电流，i表示回路电流；
[0017]其中位移电流与施加电压的关系为：
[0018][0019]场致发射电流可以表示为：
[0020][0021]式中，k为给定的位移电流系数；
[0022]S3.2：利用移动平均滤波器对示波器读取的回路电流i(i1,i2,
…
,i
n
)，与施加电压u(u1,u2,
…
,u
n
)进行平滑降噪处理，在保证数据不失真的情况下设置滤波器的窗宽N；
[0023]利用移动平均滤波器降噪处理的运算公式为：
[0024][0025][0026]S3.3：令k＝k1,k2,
…
k
p
，步长为Δk；
[0027]在施加电压前期t1时刻内的回路电流为：
[0028]施加电压分别为：
[0029]所以每个k值对应的位移电流为：
[0030][0031]将每个k值对应的位移电流值与回路电流的差值定义为E
a
：
[0032][0033]当存在E
f
满足E
f
‑1>E
f
<E
f+1
，即时，此时的E
f
为E
a
的最小值，k
f
为E
f
对应的k值，满足在施加电压前期t1时刻内，回路电流与位移电流的差值最小；
[0034]所以场致发射电流值为：
[0035]优选的方案中，若无法得到满足条件的E
f
，修改k变化的范围，以及步长Δk，按照
步骤S3.3的方法再进行计算。
[0036]优选的方案中，所述的获得场致发射电流的方法的实验装置，包括电源(1)，电源(1)与调压器(2)电连接，调压器(2)与限流电阻(3)、隔离断路器(4)、真空灭弧室试品(5)和回路电流测量电阻(6)构成了串联回路，回路电流测量电阻(6)与稳压管(7)并联；回路电流测量电阻(6)用于与数字示波器并联。
[0037]优选的方案中，所述的真空灭弧室试品(5)两端的电压由分压器测量。
[0038]优选的方案中，所述的稳压管(7)为饱和击穿电压一定的双稳态稳压管，响应时间为ns级别，用于在真空间隙发生击穿情况下瞬间导通，以保护测量数字示波器。
[0039]本专利可达到以下有益效果：
[0040]本专利技术利用试验装置(击穿电压测量装置)测得流经真空灭弧室试品的回路电流与两端击穿电压值后，采用数学算法改变位移电流，去除位移电流后的回路电流满足场致发射电流的特性，即可得到准确的场致发射电流。
[0041]本专利技术巧妙地利用数学算法来改变位移电流，有效地将回路电流中的场致发射电流分离出来，可以得到较为准确的场致发射电流，为研究场致发射击穿机制提供了很好的基础。
附图说明
[0042]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：
[0043]图1为本专利技术本专利技术获得场致发射电流的方法流程图；
[0044]图2为本专利技术发生场致发射击穿时，真空灭弧室试品两端电压、回路电流、场致发射电流和位移电流波形图；
[0045]图3为本专利技术未发生场致发射击穿时，真空灭弧室试品两端电压、回路电流、场致发射电流和位移电流波形图；
[0046]图4为本专利技术真空灭弧室击穿电压及回路电流测量装置图。
[0047]图中：电源(1)、调压器(2)、限流电阻(3)、隔离断路器(4)、真空灭弧室试品(5)、回路电流测量电阻(6)、稳压管(7)。
具体实施方式
[0048]一种获得场致发射电流的方法，包括以下步骤：
[0049]S1：搭建测量电路：将真空灭弧室试品与回路电流测量电阻串联，回路电流测量电阻与稳压管并联；将示波器并联在回路电流测量电阻上；
[0050]如图4所示，为本专利技术的测量电路图，即真空灭弧室击穿电压及回路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种获得场致发射电流的方法，其特征在于包括以下步骤：S1：搭建测量电路：将真空灭弧室试品与回路电流测量电阻串联，回路电流测量电阻与稳压管并联；将示波器并联在回路电流测量电阻上；S2：利用示波器获取流经真空灭弧室试品的回路电路，回路电路包括真空灭弧室试品的外壳泄露电流、位移电流和场致发射电流，其中外壳泄露电流极小，忽略不计，因此回路电路包括位移电流和场致发射电流；场致发射电流与真空灭弧室试品上的施加电压同相位，位移电流超前施加电压π/2相位；S3：利用场致发射电流在施加电压前期接近0，位移电流等于回路电流这一特性，通过数学算法将位移电流去除，从而得到准确的场致发射电流：S3.1：回路电流，场致发射电流，位移电流的关系为：i＝i
fe
+ji
c
式中，i
c
表示位移电流，i
fe
表示场致发射电流，i表示回路电流；其中位移电流与施加电压的关系为：场致发射电流可以表示为：式中，k为给定的位移电流系数；S3.2：利用移动平均滤波器对示波器读取的回路电流i(i1，i2，
…
，i
n
)，与施加电压u(u1，u2，
…
，u
n
)进行平滑降噪处理，在保证数据不失真的情况下设置滤波器的窗宽N；利用移动平均滤波器降噪处理的运算公式为：利用移动平均滤波器降噪处理的运算公式为：S3.3：令k＝k1，k2，
…
k
p
，步长为Δk；在施加电压前期t...

【专利技术属性】
技术研发人员：李世民，杨威，杜昭启，江希茜，李镇廷，张潮海，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：