專利名稱：斷路器動作特性試驗設備的制作方法
斷路器動作特性試驗設備
所屬領域
本發(fā)明涉及低壓電器檢測行業(yè)的一種斷路器動作特性試驗設備，屬于低壓電器檢測技術領域。
背景技術：
隨著時代的發(fā)展，我國的低壓電器領域的檢測手段已明顯落后國外水平，成為智能電工產品發(fā)展的瓶頸，制約了整個行業(yè)的技術進步。
傳統(tǒng)的接觸式機械開關在檢測行業(yè)中的應用存在著很多的弊端，隨著新標準的不斷更新，已經越來越顯示出其局限性無法實現(xiàn)快速響應和接通相位角的準確控制，無法實現(xiàn)對于隨后輸出波形的控制，無法解決時間控制的準確性，無法解決多種控制方式的綜合控制，無法解決分斷時的電弧問題，無法解決工作效率低、噪音大等等問題，無法實現(xiàn)新標準所規(guī)定的各項試驗，制約了其在檢測行業(yè)的應用，影響了智能電工產品的發(fā)展。
電力電子器件作為開關元件與接觸式機械開關相比，具有開關速度快、靈敏度高、動作無噪音、防爆、無火花、壽命長、免維護、耐震動、抗沖擊、可靠性高等優(yōu)點，是在檢測行業(yè)應用的一個新領域，也是未來的發(fā)展方向。
低壓斷路器動作特性試驗設備主要用于產生檢測設備所需要的電流電壓波形，達到檢測低壓電器產品性能的目的，通過相關控制技術和晶閘管耐受大電流沖擊等一系列關鍵技術研究，實現(xiàn)對于新型的配以電子式脫扣器的斷路器所規(guī)定的瞬動、可返回、諧波、驟降的多種特性試驗相關功能要求。
4目前市場上有相應功能的產品，但功能簡單、結構單一， 一個試驗 往往需要多個設備配合才能完成，無法同時實現(xiàn)對斷路器各種特性的測 試，更無法實現(xiàn)各種狀況的在線保護，大大影響了檢測行業(yè)的發(fā)展。
公開號為CN1743865的專利文件描述的是一種塑殼斷路器瞬動特性 試驗裝置，由計算機控制柜和工作柜組成；其中，計算機控制柜包括工 控機、檢測電路和控制電路；工作柜包括電機、電流調節(jié)電路和試品檢 測檔位；工控機分別與檢測電路和控制電路相連；檢測電路分別與電流 調節(jié)電路和試品檢測檔位相連；控制電路依次與電機和電流調節(jié)電路相 連。該發(fā)明實現(xiàn)了選相合閘，消除了瞬動特性調試試驗中試驗電流的非 周期分量的影響；實現(xiàn)了實時檢測試驗電路的電流、電壓參數(shù)，并進行 微機自動控制調節(jié)，保證了試驗電流的精度，解決了由于手動調節(jié)、試 品阻值不等、回路電阻發(fā)熱、室溫變化等因素造成的試驗電流不準的技 術難題。該設備采用工控機的方式，成本較高，實現(xiàn)的功能也單一，只 有瞬動特性，完成斷路器功能測試的還需要別的設備配合。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提出一種斷路器動作特性試驗設備，該試驗設備 針對低壓電器檢測行業(yè)接觸器電壽命試驗的特點，利用晶閘管技術和單 片機控制的方式設計一種無觸點的試驗設備，用于實現(xiàn)檢測斷路器特性 所需的各種功能，大大降低了試驗所需的成本，解決了接觸器分斷時的 電弧、工作效率低、噪音大等等問題。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是斷路器動作特性試驗設備 包括功率回路部分、晶閘管觸發(fā)控制電路、輸入/輸出信號的采樣與處理 部分、開關電源部分、主芯片。
功率回路部分包括四組并聯(lián)的晶閘管組件(8個晶閘管)以及一些 電阻電容等器件。晶閘管觸發(fā)控制電路要可靠的實現(xiàn)四組晶閘管的并
5聯(lián)工作。輸入/輸出信號的采樣與處理部分保證測量和控制的精度要求。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明實現(xiàn)了斷路器特性試驗中的瞬動、可返 回、諧波、驟降的各項特性測試功能的需求；實現(xiàn)了實時檢測試驗電路 的電流、電壓參數(shù)，并進行自動控制調節(jié)，保證了試驗波形的精度。
以下結合附圖及實施例對本發(fā)明申請的技術方案作比較詳細地說明。


圖1為本發(fā)明的一種斷路器動作特性試驗設備系統(tǒng)整體硬件框
圖2為本發(fā)明的一種斷路器動作特性試驗設備電壓電流信號處 理電路框圖3為本發(fā)明的一種斷路器動作特性試驗設備通信顯示部分 硬件框圖4為本發(fā)明的一種斷路器動作特性試驗設備系統(tǒng)整體的軟件 運行框圖。
具體實施例方式
參照圖1，這是本發(fā)明一種斷路器動作特性試驗設備系統(tǒng)整體硬件框圖。
如圖所示，包括功率回路部分l、晶閘管觸發(fā)控制電路2、輸入/輸出 信號的采樣與處理部分3、開關電源部分4、主芯片4。其電信號傳遞關 系是晶閘管觸發(fā)控制電路信號去觸發(fā)晶閘管，然后將信號傳給輸入信 號采集電路，經過主芯片處理后，傳輸?shù)焦β驶芈贰?br> 所述的功率回路電路l:包括四組并聯(lián)的晶閘管組件(8個晶閘管)
以及一些電阻電容等器件，采用四組晶閘管的并聯(lián)主要是用于實現(xiàn)對主
回路的20000A (400V電壓下)大電流的控制。單個晶閘管的最大電流 是3000A，要實現(xiàn)20000A電流只有采用多組晶閘管并聯(lián)的方式。所述的晶閘管觸發(fā)控制電路2:要可靠的實現(xiàn)四組晶閘管的并聯(lián)工 作，主要解決兩個方面的問題， 一是主回路部分的均流問題，另外一個 就是控制部分的一致性問題。均流問題的解決主要靠晶閘管本身的特性 以及一些外圍阻抗的匹配來實現(xiàn)，而控制部分的一致性主要體現(xiàn)在多路 觸發(fā)信號的在觸發(fā)時間上的同步和觸發(fā)脈沖的一致性。
所述的輸入/輸出信號的采樣與處理部分3:為了保證測量和控制的 精度要求，電流和電壓信號的采集是關鍵，該設備采用高精度電流互感 器和電壓互感器，即隔離了主回路和控制回路的強弱電壓，保護了控制 部分的安全，又提高了測量和控制的精度。信號調理部分信號通過運放 OP07處理后由max319電子開關切換，實現(xiàn)負半周波形的翻轉，直接進 入主芯片H8/3687的IO位AD 口，同時產生電壓電流的過零信號，用于 系統(tǒng)的同步控制。
所述的電源部分4:為220V開關電源，使用T0P223芯片，使用定制 變壓器，輸出+5V(800mA)，+9V， -9V(為運算放大器的電源)，+24V(400mA) 為輔助繼電器電源。另外+G24V隔離電源，專供外部輸入信號使用，+G5V 為通信使用。為了保證穩(wěn)定，+9V，-9V， +05￥采用三端穩(wěn)壓源。由于觸發(fā) 晶閘管的電流較大，所以對于晶閘管的觸發(fā)回路上采用外接24V的直流 電源的方法。
所述的主芯片5:主芯片采用的瑞薩的H8/Tiny系列的3687芯片， 16位內核，具有54K Program Flash, 4K Data RAM, 8路10位A/D，六 路PWM信號輸出，兩路SCI串口。系統(tǒng)中主要用到的該芯片的外圍電 路如下10位A/D口用于測量電壓電流，外部中斷用于同步信號和頻率 的采集， 一路SCI用于液晶觸摸控制器的通信，另一路SCI用于上位機 485的通信，PWM輸出用于控制晶閘管。
參照圖2，這是本發(fā)明的一種斷路器動作特性試驗設備電壓電流信號 處理電路框圖。
如圖所示，斷路器動作特性試驗設備的電壓電流信號處理電路，包括電壓信號輸入、電流信號輸入、電壓電流互感器、運放處理電路、產
生翻轉信號、產生過零檢測信號、電子開關切換、主CPU。
為了保證測量和控制的精度，電流和電壓信號處理是關鍵，該設備 采用高精度電流互感器和電壓互感器，即隔離了主回路和控制回路的強 弱電壓，既保護了控制部分的安全，又提高了測量和控制的精度。信號
調理部分信號通過運放OP07處理后由max319電子開關切換，實現(xiàn)負半 周波形的翻轉，直接進入主芯片H8/3687的IO位AD 口，同時產生電壓 電流的過零信號，用于系統(tǒng)的同步控制。
參照圖3，這是本發(fā)明的一種斷路器動作特性試驗設備通信顯示 部分硬件框圖。
如圖所示，通信顯示部分硬件采用的是典型的RS-485電路。主要器
件為485芯片75176，三個光耦分別用于隔離75176的發(fā)送、接受和控制
三個信號。協(xié)議為使用廣泛的Modbus協(xié)議，主要使用0x03， 0x06， 0x10
等一些常用的功能碼。操作顯示部分考慮到了用戶使用的直觀和方便，
采用的是5.7寸的液晶真彩的觸摸液晶控制器，通過液晶觸摸控制器，用
戶可以方便的査看系統(tǒng)運行狀態(tài)、修改調整各類參數(shù)。
參照圖4，這是本發(fā)明一種斷路器動作特性試驗設備系統(tǒng)整體的軟件
運行框圖。
如圖所示，包括系統(tǒng)軟件，其步驟是，從'設備上電'到'程序初 始化'、'是否存在故障'進行判斷，如果是，進入'故障處理'；如果否， 進入'完成初始化'、'等待啟動信號'，如果否，再進入'等待啟動信號'； 如果是，進入'設備工作過程'、 <等待停止信號'；如果否，進入'設備 工作過程'；如果是，則返回'等待啟動信號'。
雖然本發(fā)明已參照上述的實施例來描述，但是本技術領域中的普通 技術人員，應當認識到以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，應理解其中 可作各種變化和修改而在廣義上沒有脫離本發(fā)明，所以并非作為對本發(fā)
8明的限定，只要在本發(fā)明的實質精神范圍內，對以上所述的實施例的變 化、變形都將落入本發(fā)明權利要求的保護范圍。
權利要求
1、一種斷路器動作特性試驗設備，用于低壓電器檢測行業(yè)低壓斷路器動作特性試驗，其特征在于所述的試驗設備硬件包括功率回路部分(1)、晶閘管觸發(fā)控制電路(2)、輸入/輸出信號的采樣與處理部分(3)、AC220V開關電源部分(4)、主芯片(5)；所述的試驗設備的軟件，包括系統(tǒng)軟件；其電信號傳遞關系是晶閘管觸發(fā)控制電路將信號去觸發(fā)晶閘管，將信號傳給輸入信號采集電路，經過主芯片處理后，傳輸?shù)焦β驶芈罚簧鲜龅挠布c軟件的有機結合，使該試驗設備實現(xiàn)應有的功能。
2、 如權利要求1所述的斷路器動作特性試驗設備，其特征在于 所述的晶閘管觸發(fā)控制電路(2)，由四組晶閘管的并聯(lián)，均流問題的解 決由晶閘管本身的特性以及一些外圍阻抗的匹配來實現(xiàn)，而控制部分的 一致性由多路觸發(fā)信號的在觸發(fā)時間上的同步和觸發(fā)脈沖的一致性來實 現(xiàn)。
3、 如權利要求1所述的斷路器動作特性試驗設備，其特征在于 所述的輸入/輸出信號的采樣與處理部分(3)，采用高精度電流互感器和 電壓互感器，信號調理部分通過運放OP07處理后由max319電子開關切 換，實現(xiàn)負半周波形的翻轉，進入主芯片H8/3687的IO位AD 口，產生 電壓電流的過零信號，采用DB9接口，產生電壓電流的過零信號，用于 系統(tǒng)的同步控制。
4、 如權利要求1所述的斷路器動作特性試驗設備，其特征在于所 述的通信顯示部分(4)，采用的是RS-485電路，三個光耦分別用于隔離 75176的發(fā)送、接受和控制三個信號，為使用Modbus協(xié)議，主要使用0x03， 0x06， OxlO常用的功能碼，操作顯示部分，采用的是5.7寸的液晶真彩的觸摸液晶控制器。
5、 如權利要求1所述的斷路器動作特性試驗設備，其特征在于所 述的電源部分，為220V開關電源，使用T0P223芯片，變壓器輸出+5V、 800mA，+9V，-9V為運算放大器的電源，+24V、 400mA為輔助繼電器電源； 另外+G24V隔離電源，專供外部輸入信號使用，+G5V為通信使用； +9V，-9V， +05￥采用三端穩(wěn)壓源；晶閘管的觸發(fā)回路上采用外接24V的直 流電源。
6、 如權利要求1所述的斷路器動作特性試驗設備，其特征在于所述的系統(tǒng)軟件，其步驟是，從'設備上電'到'程序初始化'、'是否存在故障，進行判斷，如果是，進入'故障處理，；如果否，進入 <完成初 始化'、^等待啟動信號'，如果否，再進入^等待啟動信號'；如果是， 進入'設備工作過程'、'等待停止信號'；如果否，進入'設備工作過程'； 如果是，則返回^等待啟動信號'。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低壓斷路器動作特性試驗設備，包括功率回路部分、晶閘管觸發(fā)控制電路、輸入/輸出信號的采樣與處理部分、開關電源部分、主芯片。其電信號傳遞關系是晶閘管觸發(fā)控制電路去觸發(fā)晶閘管，將信號傳給輸入信號采集電路，經過主芯片處理后，到功率回路。功率回路采用晶閘管是設備具有成本低、控制精度高、相應時間短、可靠性強等特點，控制晶閘管的觸發(fā)采用獨立的信號發(fā)生源和CPLD相結合的方式，使觸發(fā)更可靠、響應更準確、配置更方便，從而實現(xiàn)了同一設備通過簡單的在線配置能實現(xiàn)斷路器所規(guī)定的各項特性測試功能的需求。設備集成了現(xiàn)場總線通信接口，能方便的接入系統(tǒng)網絡，方便遠程控制和診斷，多種控制方式使操作更靈活。
文檔編號G01R31/327GK101458306SQ20081020236
公開日2009年6月17日 申請日期2008年11月6日 優(yōu)先權日2008年11月6日
發(fā)明者徐方榮, 顧雙玲 申請人:上海電器科學研究所(集團)有限公司