西安武警工程大學(xué)裝備工程學(xué)院 鄧春澤

西安武警工程大學(xué)信息工程系 楊尚東

電擊裝置中電介質(zhì)對(duì)放電效應(yīng)的影響及分析

西安武警工程大學(xué)裝備工程學(xué)院 鄧春澤

西安武警工程大學(xué)信息工程系 楊尚東

電擊裝置放電效應(yīng)受到各種因素的影響，這些因素不僅包括電擊裝置本身輸出參數(shù)、人體因素，還包括放電電介質(zhì)的物理性質(zhì)，環(huán)境溫度，濕度等等。對(duì)電擊裝置放電效應(yīng)進(jìn)行研究，其目的就是找出各種因素對(duì)放電效應(yīng)的影響規(guī)律。本文采用理論分析和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究了電介質(zhì)對(duì)電擊裝置放電效應(yīng)的影響。

放電效應(yīng)；介電常數(shù)；脈沖輸出能量

0 引言

為了研究電擊裝置放電效應(yīng)的影響因素，采用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)電擊裝置放電效應(yīng)進(jìn)行研究，以得到各種因素對(duì)放電效應(yīng)的影響規(guī)律。本文采用理論分析和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究了電介質(zhì)對(duì)電擊裝置放電效應(yīng)的影響，為電擊裝置的研究提供了重要實(shí)驗(yàn)與理論基礎(chǔ)。。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 電介質(zhì)介電常數(shù)的測量

電容器極板間有電介質(zhì)存在時(shí)的電容量Cx與同樣形狀和尺寸的真空電容量C0之比為介電常數(shù)：

圖1 高壓西林電橋

介電常數(shù)的測量采用高壓西林電橋法，將被測試樣作為工頻高壓電橋的一個(gè)橋臂，根據(jù)電橋平衡時(shí)的參數(shù)，計(jì)算試樣的介電常數(shù)（只做常溫下測量）。

具體步驟如下：

（1）高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器頂部端鈕接高壓電源，將專用屏蔽導(dǎo)線連接電容器和橋體“Cs”端鈕上，導(dǎo)線屏蔽接橋體“⊥”；

（2）檢流計(jì)靈敏度調(diào)節(jié)器指零，橋體電鍵J1指“測量”位置，J2電鍵指中間位置；

（3）將試品無屏蔽之電極接高壓電源，有屏蔽之電極接至橋體“Cx”端鈕上，屏蔽經(jīng)導(dǎo)線屏蔽與電橋“地”相連；

（4）控制器輸出端接互感器輸出端，互感器輸出端一端與互感器外殼接地，另一端接標(biāo)準(zhǔn)電容器和試品高壓端；

（5）橋體電源取自控制器背面“橋體”；

（6）檢查接線情況，確符要求無接錯(cuò)后，接通電源，使高壓升至所需的工作電壓，保持1分鐘后開始工作；

（7）將電鍵J2指“橋體”位置，檢流計(jì)靈敏度調(diào)節(jié)至適當(dāng)位置（適宜觀察光帶變化），調(diào)整R3和R4各檔旋鈕，兩者應(yīng)同時(shí)配合調(diào)節(jié)，R3由大數(shù)值起調(diào)，逐漸增大檢流計(jì)靈敏度至光帶無法再小為止；

（8）將J2打回指“屏蔽”位置，先將檢流計(jì)靈敏度調(diào)節(jié)器回到適當(dāng)位置（通過觀察光帶變化），調(diào)節(jié)“數(shù)值”和“相位”，逐步增大檢流計(jì)靈敏度至光帶無法再小為止。若其他正常而數(shù)值已降至起點(diǎn)還呈繼續(xù)下降趨勢(shì)時(shí)，則將電橋電源插頭反向輸入電源；

（9）反復(fù)7）、8）項(xiàng)測量，調(diào)節(jié)橋體使J2在“橋體”“屏蔽”的任一位置，光帶均最小，則本試品測量結(jié)束；

（10）測量完畢或暫停測量時(shí)，應(yīng)將高壓電源降至零，并切斷電源。若對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)懷疑時(shí)可重復(fù)對(duì)7）、8）、9）測量以證實(shí)或糾正數(shù)據(jù)后，由R3計(jì)算出Cx值。

實(shí)驗(yàn)記錄如表1所示：

表1 介電常數(shù)測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

1.2 放電實(shí)驗(yàn)

電極裝置采用尖—板電極裝置，依次將電介質(zhì)一、二、三、四分別在電擊裝置放電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行放電實(shí)驗(yàn)。放電距離取10mm，間隙間填滿電介質(zhì)。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)過程中，測得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2-圖5所示。

圖2 電介質(zhì)一的放電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖3 電介質(zhì)二的放電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

從圖2-圖5中可以看出，隨著介電常數(shù)的逐漸增大，除了峰值電壓在增大，峰值電流、放電時(shí)間、電流平均值、單個(gè)脈沖輸出能量都在減小。各參數(shù)具體如表2所示。

圖4 電介質(zhì)三的放電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖5 電介質(zhì)四的放電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 不同電介質(zhì)的放電情況

圖6是通過改變電介質(zhì)介電常數(shù)ε而得到的流注通道形成后的電流（峰值電流）值：

圖6 介電常數(shù)與峰值電流的變化規(guī)律

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果對(duì)比分析可知，電介質(zhì)中介電常數(shù)對(duì)放電效應(yīng)的影響有：

（1）隨著介電常數(shù)的增大，相對(duì)應(yīng)的電介質(zhì)擊穿電壓變大，因此，峰值電壓在逐步增大；

（2）隨著介電常數(shù)的增大，擊穿過程中所消耗的能量就越大，從而導(dǎo)致峰值電流和平均放電電流均在減小，放電時(shí)間變短，單個(gè)脈沖輸出能量變??；

（3）當(dāng)電介質(zhì)為皮革時(shí)，放電電壓電流波形與其它電介質(zhì)的差異較大，峰值電流和平均放電電流減小較多。考慮到皮革的主要成分是膠原纖維；C、H、O、S、N以共價(jià)鍵形式構(gòu)成蛋白質(zhì)初原纖維再以5根初原纖維為核心聚集成膠原纖維。根據(jù)原皮的結(jié)構(gòu)以及皮革的加工過程可知皮革材料既沒有產(chǎn)生自由電子的金屬鍵，也沒有能夠產(chǎn)生自由電子的禁帶，加之皮革中空氣間隙也較其它電介質(zhì)少，因此擊穿過程中損失的高壓電能比較多。由此可以得知，電擊裝置在使用過程中應(yīng)盡量避免接觸皮革之類的電介質(zhì)。

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