电磁压接电路及装置

技术领域

本发明涉及电缆技术领域，特别是涉及电磁压接电路及装置。

背景技术

电缆是电能传输和分配的重要载体，常用于长距离架空输电线路、过江海水下输线路、城市地下电网及工矿企业内部供电等场合。电缆在其终端与其他电气设备连接时，一般使用接线端子压接电缆线芯作为电缆接头。电缆接头要求具有足够的机械强度和较好的导电性，防止供电时因接触电阻过大而导致电缆接头部位发热。若未发现隐藏的发热部位而长期运行，甚至导致灾难性后果。

传统电缆接头的制作方法为压接法，用液压钳将接线端子与电缆线芯压接在一起。电缆接头制作人员需要携带各种规格压接模具，根据电缆规格更换相应的压接模具完成电缆头压接作业，电缆接头制作过程相对繁琐，制作效率低下。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种电磁压接电路及装置，以简化电缆接头制作过程，提高电缆接头制作效率。

本申请实施例提供了一种电磁压接电路，所述电磁压接电路包括：

充电电路，用于接收控制信号，并根据所述控制信号将外部电压进行升压转换，并产生充电电压；

储能电路，与所述充电电路连接，用于根据接收到的所述充电电压进行充电并存储电能；

放电电路，与所述储能电路连接，用于在预设时间内对所述储能电路存储的电能进行放电处理，并产生脉冲电流；

磁场线圈，与所述放电电路连接，用于在所述脉冲电流的作用下，产生脉冲磁场，所述脉冲磁场用于驱动设置在所述磁场线圈作用范围内的接线端子发生收缩形变以与待压接电缆线芯连接。

在其中一个实施例中，所述储能电路包括至少一脉冲电容器，所述脉冲电容器与所述充电电路连接，用于根据接收到的所述充电电压进行充电并存储电能。

在其中一个实施例中，所述储能电路包括多个并联连接的所述脉冲电容器。

在其中一个实施例中，所述储能电路还包括至少一电感，各所述电感与各所述脉冲电容器对应串联连接。

在其中一个实施例中，所述放电电路包括脉冲晶闸管，所述脉冲晶闸管与所述储能电路连接，用于根据光触发信号控制所述脉冲晶闸管的导通状态，以控制所述储能电路的脉冲放电时序，并产生脉冲电流。

在其中一个实施例中，所述脉冲电流峰值范围为10千安培至80千安培。

在其中一个实施例中，所述电磁压接电路还包括续流电路，所述续流电路分别与所述储能电路、所述放电电路连接，用于为所述脉冲电流提供续流通道，并吸收电缆压接后的剩余电能。

在其中一个实施例中，所述磁场线圈包括多层空芯螺线管线圈结构，其中，每层所述螺线管线圈结构中包括多匝线圈。

上述实施例提供的电磁压接电路，包括充电电路、储能电路、放电电路和磁场线圈。首先，储能电路存储由充电电路提供的电能，然后，放电电路释放充电电路存储的电能并产生脉冲电流，从而磁场线圈在脉冲电流的作用下产生脉冲磁场，继而置于磁场线圈作用区域中的接线端子上感应出涡流，涡流在脉冲磁场的作用下产生径向电磁力，使得接线端子发生收缩形变，并与待压接电缆线芯连接，由此实现了电缆线芯与接线端子的自动压接，而不需要人为操作，简化了电缆接头制作过程，从而提高了电缆接头制作效率。

本申请实施例还提供了一种电磁压接装置，所述电磁压接装置包括：

如上述任一实施例所述的电磁压接电路；

控制模块，分别与所述充电电路、所述放电电路连接，用于根据所述待压接电缆线芯的电缆参数控制所述充电电路输出的所述充电电压，以及在所述储能电路完成充电的情况下，控制所述放电电路放电。

在其中一个实施例中，所述控制模块包括：

检测电路，与所述储能电路连接，用于检测所述储能电路两端的电容电压；

控制电路，与所述检测电路连接，用于存储所述待压接电缆线芯的电缆参数与所述充电电压之间的对应关系，并根据所述对应关系控制所述充电电路输出的所述充电电压，以及还用于在接收到的所述电容电压达到第一预设值时，输出放电信号；

触发电路，分别与所述控制电路、所述放电电路连接，用于根据所述放电信号产生触发信号，以触发所述放电电路进行放电处理并产生脉冲电流。

上述实施例提供的电磁压接装置，包括电磁压接电路和控制模块，其中，控制模块根据待压接电缆线芯的电缆参数控制充电电路的充电电压，从而控制储能电路存储的电量，并在储能电路完成充电的情况下，控制放电电路放电并产生脉冲电流，以便磁场线圈在脉冲电流的作用下产生脉冲磁场，置于磁场线圈作用区域中的接线端子上感应出涡流，涡流在脉冲磁场的作用下产生径向电磁力，从而使接线端子发生收缩形变，并与待压接电缆线芯连接，实现了电缆线芯与接线端子的自动压接，而不需要人为操作，简化了电缆接头制作过程，从而提高了电缆接头制作效率。

附图说明

图1为一个实施例提供的电磁压接电路的结构示意图；

图2为一个实施例提供的电磁压接过程的场景示意图；

图3为另一个实施例提供的电磁压接电路的结构示意图；

图4为一个实施例提供的储能电路的结构示意图；

图5为一个实施例提供的电磁压接装置的结构示意图；

图6为一个实施例提供的控制模块的结构示意图；

图7为另一个实施例提供的电磁压接装置的结构示意图；

图8为一个实施例提供的电磁压接方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

正如背景技术所述，相关技术采用液压钳将接线端子与电缆线芯压接在一起，而且压接模具根据电缆线芯截面参数配套使用，电缆线芯截面参数通常为16至240平方毫米，电缆接头制作人员需要携带各种规格压接模具，根据电缆规格更换相应的压接模具完成电缆接头压接作业，该过程较为繁琐，制作效率低下。因此，本申请提供了一种电磁压接电路及装置，以简化电缆接头制作过程，提高电缆接头制作效率。

请参阅图1，在一个实施例中，提供了一种电磁压接电路。该电磁压接电路10(图中未示出)包括充电电路110、储能电路120、放电电路130和磁场线圈140。其中，充电电路110用于接收控制信号，并根据控制信号将外部电压进行升压转换，并产生充电电压。示例性的，充电电路110可以将普通市电转变为高电压并作为充电电压。示例性的，充电电路110可以包括整流电路、逆变电路、升压变压器、高压二极管和限流电阻等。其中，控制信号用于控制充电电路110进行升压转换并产生充电电压。控制信号可以根据电缆接头压接任务生成。示例性的，充电电压可以设置为10kV至40kV。

储能电路120与充电电路110连接。示例性的，储能电路120可以与充电电路110并联连接。储能电路120用于根据接收到的充电电压进行充电并存储电能。放电电路130与储能电路120连接。示例性的，放电电路130可以与储能电路120串联连接。放电电路130用于在预设时间内对储能电路存储的电能进行放电处理，并产生脉冲电流。其中，预设时间可以是预先设定的，可以根据电缆压接场景情况进行设置。

磁场线圈140与放电电路130连接。示例性的，磁场线圈140可以分别与放电电路130、储能电路120串联连接。磁场线圈140用于在脉冲电流的作用下，产生脉冲磁场。其中，脉冲磁场用于驱动设置在磁场线圈140作用范围内的接线端子发生收缩形变以与待压接电缆线芯连接。磁场线圈140的作用范围是指接线端子会在脉冲磁场的作用下发生收缩形变的区域。示例性的，磁场线圈140作用范围可以包括磁场线圈140围成的区域内部。

示例性的，请参阅图2，提供了一种电缆压接过程的应用场景示意图。在图2中，包括磁场线圈140、接线端子20和待压接电缆线芯30。其中，接线端子20和待压接电缆线芯30均置于磁场线圈140的中间区域。磁场线圈140在脉冲电流的作用下产生脉冲磁场，接线端子20感应出涡流。其中，涡流141的方向垂直纸面向上，涡流142的方向垂直纸面向下。涡流141和涡流142在脉冲磁场的作用下产生径向电磁力，接线端子20在径向电磁力的作用下发生径向收缩并产生形变，从而待压接电缆线芯30可以与接线端子20牢固压接。

上述实施例提供的电缆压接电路，储能电路存储由充电电路提供的电能。放电电路释放充电电路存储的电能并产生脉冲电流，磁场线圈在脉冲电流的作用下产生脉冲磁场，置于磁场线圈作用区域中的接线端子上感应出涡流，涡流在脉冲磁场的作用下产生径向电磁力，从而使接线端子发生收缩形变，并与待压接电缆线芯连接，实现了电缆线芯与接线端子的自动压接，而不需要人为操作，简化了电缆接头制作过程，从而提高了电缆接头制作效率，避免了人为操作过程中由于压接模具存在开口间隙而出线电缆接头因接触电阻过大导致不符合制作要求的情况，从而提高电缆接头制作成功率，进一步提高了电缆接头制作效率。

请参阅图3，在一个实施例中，储能电路120包括至少一脉冲电容器C。其中，脉冲电容器C与充电电路110连接。示例性的，脉冲电容器C可以与充电电路110并联连接，脉冲电容器C可以分别与放电电路130、磁场线圈140串联连接。脉冲电容器C用于根据接收到的充电电压进行充电并存储电能。脉冲电容器C的数量可以根据待压接电缆线芯30的情况设定，脉冲电容器C可以设有一个，也可以设有多个，在此不做任何限定。示例性的，脉冲电容器C的取值范围可以设置为300μF至2mF，脉冲电容器C的储能电量可以设置为0.5MJ至2MJ。

上述实施例提供的电压接头电路，通过脉冲电容器C存储电能，为磁场线圈140产生脉冲磁场提供基础，使得接线端子20能够在脉冲磁场的作用下发生收缩形变，以与待压接电缆线芯30连接，从而实现电缆线芯与接线端子之间自动压接，简化了电缆压接制作过程，提高了电缆压接制作效率。

请参阅图4，在一个实施例中，储能电路120可以包括多个并联连接的脉冲电容器C1。脉冲电容器C1的数量可以根据实际压接需求设定，在此不做任何恶限定。示例性的，储能电路120可以包括40个并联的脉冲电容器C1。其中，单个脉冲电容器C1的电容值可以设置为62.5μF，额定电压可以设置为40kV，储能电量可以设置为50kJ。则由40个脉冲电容器C1组成的脉冲电容器组的电容值为2.5mF，额定电压为40kV，脉冲放电能量为2MJ。

上述实施例提供的电磁压接电路，储能电路120包括多个并联的脉冲电容器C1，能够存储较大范围的电能，从而产生更大范围的脉冲磁场，以产生更大范围的电磁感应力，从而满足压接尺寸大且截面变化范围大的应用要求，如截面参数为16平方毫米至240平方毫米的电缆线芯压接需求。

请继续参阅图4，在一个实施例中，储能电路120还包括至少一电感L2，各电感L2与各脉冲电容器C1对应串联连接。示例性的，储能电路120还可以包括40个电感L2。其中，各电感L2与脉冲电容器C1串联连接,并且电感L2与脉冲电容器C1组成的各串联支路并联连接，各串联支路构成储能电路120。该储能电路120与充电电路110并联连接，该储能电路120分别与放电电路130、磁场线圈140串联连接。其中，导线123a表示汇流母排正极，导线123b表示汇流母排负极，引线124a表示出线母排正极，引线124b表示出线母排负极。该储能电路120通过引线124a和引线124b分别与充电电路110、放电电路130、磁场线圈140连接。示例性的，各电感的电感参数可以设置为112mΩ，66μH。

上述实施例提供的电磁压接电路，与脉冲电容器C1串联的阻尼电感L2能够防止脉冲电容器组因单个脉冲电容器C1故障而发生爆炸，从而保证了电磁压接电路的安全性和可靠性。

请继续参阅图3，在一个实施例中，放电电路130包括脉冲晶闸管T。脉冲晶闸管T与120储能电路连接。示例性的，脉冲晶闸管T的阳极与储能电路120连接，脉冲晶闸管T的阴极与磁场线圈140连接。脉冲晶闸管T用于根据光触发信号控制脉冲晶闸管T的导通状态，以控制储能电路120的脉冲放电时序，并产生脉冲电流，从而磁场线圈140能够在脉冲电流的作用下生成脉冲磁场，使得脉冲磁场在接线端子20上产生感应涡流，涡流在脉冲磁场作用下形成电磁感应力，进而使接线端子20发生收缩形变，以实现电缆接头压接操作。

在一个实施例中，脉冲电流峰值范围可以设置为10千安培至80千安培，即10kA至80kA，以产生强脉冲电流i。强脉冲电流i流过磁场线圈140，并在磁场线圈140中产生强脉冲磁场，对应的强脉冲磁场峰值范围为10T至50T。继而，高变化率的强脉冲磁场在接线端子20上产生感应涡流，涡流在强脉冲磁场的作用下形成电磁感应里，进而使接线端子20发生径向塑形收缩形变，实现电缆接头压接操作，从而满足压接尺寸大且截面变化范围大的应用要求。

请继续参阅图3，在一个实施例中，电磁压接电路10还包括续流电路150。续流电路150分别与储能电路120、放电电路130连接。示例性的，续流电路150与储能电路120并联连接，续流电路150与放电电路130和磁场线圈140组成的串联支路并联连接。示例性的，续流电路150可以包括串联的电阻R和二极管D，其中，二极管D的阴极端与电阻R的第一端连接，二极管D的阳极分别与储能电路120、磁场线圈140的串联支路连接，电阻R的第二端分别与储能电路120、放电电路130的串联支路连接。续流电路150用于为脉冲电流提供续流通道，并吸收电缆压接后的剩余电能，可用于下一次电缆压接任务，实现了对于剩余电能的回收利用，提高了电磁压接过程中的资源利用率。

请继续参阅图3，在一个实施例中，磁场线圈140包括多层空芯螺线管线圈结构L。其中，每层螺线管线圈结构L中包括多匝线圈。示例性的，可以设置10层螺线管线圈结构，每层螺线管线圈结构L可以包括8匝线圈，线圈导线截面可以设置为14平方毫米，螺线管线圈内径可以设置为100毫米，外经可以设置为150毫米。基于此，通过增大磁场线圈140内径及匝数，能够满足压接尺寸大且截面变化范围大如16平方毫米至240平方毫米直径尺寸的电缆线芯的电磁压接要求，提高了电缆压接制作的普适性。

请参阅图5，在一个实施例中，提供了一种电磁压接装置。该电磁压接装置包括上述任一实施例所述的电磁压接电路10和控制模块40。其中，电磁压接电路10可以包括充电电路110、储能电路120、放电电路130和磁场线圈140。控制模块40分别与充电电路110、放电电路130连接，控制模块40用于根据待压接电缆线芯30的电缆参数控制充电电路110输出的充电电压，以及在储能电路120完成充电的情况下，控制放电电路130放电。其中，待压接电缆线芯30的电缆参数用于标识电缆线芯的相关参数，包括但不限于电缆线芯的截面面积、直径等。示例性的，控制模块40可以向充电电路110发送控制信号，控制充电电路110进行升压转换，并产生充电电压。控制模块40也可以在储能电路120完成充电的情况下，向放电电路130发送光触发信号，触发放电电路130进行放电处理，并产生脉冲电流。

上述实施例提供的电磁压接装置，控制模块40能够根据待压接电缆线芯的电缆参数控制充电电路130的充电电压，从而控制储能电路120存储的电量，并在储能电路120完成充电的情况下，控制放电电路130放电并产生脉冲电流，以便磁场线圈在脉冲电流的作用下产生脉冲磁场，同时在置于磁场线圈作用区域中的接线端子上感应出涡流，涡流在脉冲磁场的作用下产生径向电磁力，从而使接线端子发生收缩形变，并与待压接电缆线芯连接，实现了电缆线芯与接线端子的自动压接，而不需要人为操作，简化了电缆接头制作过程，从而提高了电缆接头制作效率。

请参阅图6，在一个实施例中，控制模块40可以包括检测电路410、控制电路420和触发电路430。其中，检测电路410与储能电路120连接。检测电路410用于检测储能电路120两端的电容电压。控制电路420与检测电路410连接，控制电路420用于存储待压接电缆30的电缆参数与充电电压之间的对应关系，并根据对应关系控制充电电路110输出的充电电压，以及还用于在接收到的电容电压达到第一预设值时，输出放电信号。其中，第一预设值是预先设置的电压阈值，可以根据电缆线芯压接需求设置，在此不做任何限定。充电电压与放电电压存在一定的对应关系，确定充电电路110的充电电压之后，可以确定对应的放电电压。触发电路430分别与控制电路420、放电电路130连接，触发电路430用于根据控制电路420输出的放电信号产生触发信号，以触发放电电路130进行放电处理并产生脉冲电流。

上述实施例提供的电磁压接装置，控制电路420可以存储电缆线芯的电缆参数与充电电压之间的对应关系，从而在电磁压接的过程中，可以根据待压接电缆线芯30的电缆参数确定出充电电路110输出的充电电压，以便适应性地满足不同规格的电缆线芯压接需求，提高了电磁压接的普适性。检测电路410可以实时检测储能电路120两端的电容电压，从而可以确定储能电路120是否完全了充电，以便及时停止充电。此外，控制电路420可以根据电容电压确定储能电路120完成充电后，输出放电电路，使得触发电路430能够根据放电信号产生触发信号，触发放电电路130进行放电处理并产生脉冲电流，从而使得磁场线圈140能够在脉冲电流的作用下产生脉冲磁场，以在脉冲磁场的作用下完成电缆线芯与接线端子之间的自动压接，简化了电缆接头压接制作过程，从而提高了电缆接头压接效率。

请继续参阅图6，在一个实施例中，控制模块40还可以包括触控单元440。其中，触控单元440与控制电路420连接，触控单元440用于接收待压接电缆线芯30的电缆参数。示例性的，触控单元440可以为触控显示器，触控显示器可以用于显示电磁压接装置的工作状态信息，以及输入的待压接电缆线芯30的电缆参数、接线端子20的型号参数等。基于此，触控单元440可以实现人机交互，提高了电磁压接装置的智能性。

请继续参阅图6，在一个实施例中，控制模块40还可以包括通讯电路450。通讯电路450分别与控制电路420、充电电路110连接，通讯电路450可以用于将控制电路420输出的启动信号传输给充电电路110，以启动充电电路110进行升压转换。通讯电路450还可以用于将控制电路420输出的停止信号传输给充电电路110，以使充电电路110停止充电。基于此，通讯电路450实现了控制电路420与充电电路110之间的数据传输。通讯电路450还可以与触控单元440连接，用于接收并输出工作状态信息，以便触控单元440能够显示电磁压接装置的工作状态信息，实现了对于电磁压接装置工作状态的实时监测。

为了更好的理解，下面结合图7所示的电磁压接装置，对电缆线芯压接过程进行介绍。该电磁压接装置包括图3所示电磁压接电路10图6所示的控制模块40。其中，电磁压接电路10包括充电电路110、储能电路120、续流电路150、放电电路130和磁场线圈140。储能电路120的具体结构可参阅图4及相关内容，在此不再赘述。续流电路150包括串联的电阻R和二极管D。放电电路140包括脉冲晶闸管T，磁场线圈140包括多层空芯螺线管线圈结构L，各电路的具体结构可参阅图3及相关内容，在此不再赘述。控制模块40的具体结构可参阅图6及相关内容，在此不再赘述。电缆线芯电磁压接过程具体可参阅图8所示的步骤S801至S807.

S801:将电缆线芯的电缆参数和接头端子型号缩对应的充电电压存储在控制模块中。

S802:将待压接电缆线芯和接线端子放置于磁场线圈中。控制模块整体协调控制电磁压接装置各部分正常工作。

S803:控制模块根据待压接电缆线芯的电缆参数，确定充电电路输出的充电电压。

S804：充电电路输出充电电压，储能电路进行充电处理并存储电能。

控制模块通过通讯电路向充电电路发送充电指令，充电电路开始对脉冲电容器C缓慢充电。充电过程中，控制模块通过检测电路实时检测脉冲电容器C两端的电容电压。当电容电压到达第一预设值后，控制模块通过通讯电路向充电电路发送停止充电指令。为产生高变化率的强脉冲电流，进一步提高磁场线圈产生的电磁感应力，并且满足接线端子径向收缩机械形变响应时间，脉冲电容器C的取值范围为300μF至2mF，充电电压设置范围为10kV至40kV，电容储能0.5MJ至2MJ。

S805:放电电路在预设时间内对储能电路存储的电能进行放电处理，产生脉冲电流。

控制模块通过触发电路产生晶闸管阀光触发信号，放电电路接收到晶闸管光触发信号后控制晶闸管T放电，产生强脉冲电流i。根据电缆规格不同，放电电路产生的强脉冲电流i峰值为10kA至80kA。

S806:磁场线圈在脉冲电流的作用下，产生脉冲磁场。

强脉冲电流i流过磁场线圈，并在磁场线圈中产生强脉冲磁场，磁场峰值范围为10T至50T。

S807:脉冲磁场在接线端子中产生涡流，涡流在脉冲磁场中产生感应电磁力，接线端子发生收缩形变，完成电缆接头压制。

高变化率的强脉冲磁场在接线端子上产生感应涡流，涡流在磁场作用下形成电磁感应力，进而使接线端子发生径向塑性收缩形变，实现电缆接头压接操作。继而，取出制作完成的电缆接头，进行下一个电缆接头压制。

下面以规格为70平方毫米、120平方毫米、240平方毫米的三相四芯电力电缆的电缆接头电磁压接过程为例，对电缆线芯与接头端子进行电磁压接的过程进行介绍。

在开始电缆接头电磁压接之前，将70平方毫米、120平方毫米、240平方毫米电缆参数、接线端子型号参数以及对应的充电电压参数16kV，20kV，30kV输入进控制模块并储存。

首先，进行70平方毫米电缆接头电磁压接工艺。电缆线芯和接线端子放置于磁场线圈中间区域固定就位。设定待压接电缆规格为70平方毫米以及对应的接线端子型号，控制模块通过查询储存信息自动选择16kV充电电压并开始对脉冲电容器进行充电。待充电完成后，控制模块控制放电回路放电，产生高强磁场驱动接线端子发生径向收缩形变。电缆接头压接完成的电缆接头退出磁场线圈，准备进行下一条电缆接头的电磁压接。如此循环，直至A相、B相、C相和N相四芯70平方毫米电缆全部压接完成。

然后，进行120平方毫米电缆接头电磁压接工艺。电缆线芯和接线端子放置于磁场线圈中间区域固定就位。设定待压接电缆规格为120平方毫米以及对应的接线端子型号，控制模块通过查询储存信息自动选择20kV充电电压并开始对脉冲电容器进行充电。待充电完成后，控制模块控制放电回路放电，产生高强磁场驱动接线端子发生径向收缩形变。电缆接头压接完成的电缆接头退出磁场线圈，准备进行下一条电缆接头的电磁压接。如此循环，直至A相、B相、C相和N相四芯120平方毫米电缆全部压接完成。

最后，进行240平方毫米电缆接头电磁压接工艺。电缆线芯和接线端子放置于磁场线圈中间区域固定就位。设定待压接电缆规格为240平方毫米以及对应的接线端子型号，控制模块通过查询储存信息自动选择30kV充电电压并开始对脉冲电容器进行充电。待充电完成后，控制模块控制放电回路放电，产生高强磁场驱动接线端子发生径向收缩形变。电缆接头压接完成的电缆接头退出磁场线圈，准备进行下一条电缆接头的电磁压接。如此循环，直至A相、B相、C相和N相四芯240平方毫米电缆全部压接完成。

以上不同规格电缆接头电磁压接过程中，没有使用压接模具，仅需选择待压接电缆参数和接线端子型号即可完成不同规格电缆接头的压接。并且，电磁压接过程标准化程度和自动化程度高，容易实现流水线作业。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。