專利名稱：遠(yuǎn)控交流電流源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種運(yùn)用單片機(jī)控制的，具有遠(yuǎn)方調(diào)節(jié)功能的遠(yuǎn)控交流電流源。
背景技術(shù)：
隨著用電量的日益增加，電能表的量程呈現(xiàn)增大的趨勢，從早期的2. 5 (10) A到目 前5(60)A甚至10(100)A，大量程的電流表在進(jìn)行長時間的運(yùn)行試驗(yàn)時，需要使用模擬電流 源以降低功率損耗，通常校表臺使用的電流源價(jià)格太高，運(yùn)行成本高，簡易的變壓器降壓方 式的電流源調(diào)整不方便，并且電流波動很大，為實(shí)現(xiàn)電能表的長期運(yùn)行測試，需要使用遠(yuǎn)方 計(jì)算機(jī)控制的交流電流源，以實(shí)現(xiàn)對電能表的長時間自動測試。

實(shí)用新型內(nèi)容為了使電流源輸出穩(wěn)定的電流，以實(shí)現(xiàn)對電能表的長時間自動測試的目的，本實(shí) 用新型提出了一種遠(yuǎn)控交流電流源，其技術(shù)方案如下一種遠(yuǎn)控交流電流源，包括控制器KZQ和總線轉(zhuǎn)換器ZHQ，控制器KZQ由單片機(jī)和 外圍器件構(gòu)成，其特征在于控制器KZQ采用與單相電能表相同的外殼和接線端子，使用3、 4端子接入220V電源，電流互感器CT接入端子1、2，18V直流電源輸出連接端子11，用于完 全斷開輸出電流的繼電器JDl連接端子12，旋臂上止點(diǎn)位置開關(guān)Sl連接端子13，旋臂下止 點(diǎn)位置開關(guān)S2連接端子14，調(diào)壓用電動機(jī)MT連接端子15、16，與上位計(jì)算機(jī)通信用的CAN 總線連接端子17、18，CAN總線驅(qū)動電路與控制器主控芯片間電氣上隔離，采用獨(dú)立的電源 供電并使用光電隔離器。所述的控制器KZQ包括手動調(diào)壓器T2、調(diào)壓電動機(jī)MT、減速機(jī)構(gòu)JS，減速機(jī)構(gòu)JS 驅(qū)動調(diào)壓器的旋臂XB旋轉(zhuǎn)，旋臂XB上安裝的炭刷TS與調(diào)壓器T2的接觸點(diǎn)位置的改變實(shí) 現(xiàn)輸出電壓的變化，調(diào)壓器的輸出端接低壓大電流輸出的變流器Tl，實(shí)現(xiàn)電壓到電流的轉(zhuǎn) 換，通過調(diào)節(jié)電壓間接得到大電流輸出。所述的控制器KZQ采用的單片機(jī)型號為CEP2002AC，其內(nèi)部具有AD轉(zhuǎn)換器。通過電流互感器CT實(shí)時采集的電流值經(jīng)過變換后通過接線端子1、2接入控制器， 與通過CAN總線由上位計(jì)算機(jī)送來的設(shè)定電流值進(jìn)行對比，使輸出電流始終保持設(shè)定值及 允許的偏差范圍內(nèi)，為了調(diào)壓器的旋臂在允許范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，設(shè)置上止點(diǎn)限位開關(guān)Sl和下止 點(diǎn)限位開關(guān)S2，當(dāng)電機(jī)驅(qū)動旋臂到達(dá)上止點(diǎn)時，開關(guān)Sl斷開，即使控制器仍有輸出，電機(jī)也 停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時通過三極管NJl檢測到相應(yīng)的位置信號U_0VER送入單片機(jī)的P3. 2端口，單 片機(jī)停止輸出繼續(xù)上行的命令，并驅(qū)動電機(jī)向相反的方向運(yùn)動，同樣，當(dāng)控制器輸出電流為 零時回到下止點(diǎn)，開關(guān)S2斷開，電機(jī)停止運(yùn)行，同時通過三極管NJ2檢測到相應(yīng)的位置信號 D.0VER送入單片機(jī)的P3. 3端口，單片機(jī)停止輸出繼續(xù)下行的命令。電機(jī)的驅(qū)動采用兩只N 型場效應(yīng)管NK3、NK4和兩只P型場效應(yīng)管PK1、PK2組成的橋式驅(qū)動電路，四只場效應(yīng)管由 單片機(jī)驅(qū)動，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，限位開關(guān)Sl和S2接在電橋的兩個上臂中。根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠(yuǎn)控交流電流源，其特征在于所述的電流源還包括CAN通信接口，用于連接上位控制的主控計(jì)算機(jī)，CAN總線為雙絞線，可以將多臺設(shè)備連接 在同一總線上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，所述交流電流源內(nèi)部裝有TTL電平到CAN總線的轉(zhuǎn)換芯片，型 號是PCA82C250T，CAN總線的電源單獨(dú)隔離，實(shí)用高速光電隔離器6N137。由于使用的CAN總線不能直接接入主控計(jì)算機(jī)，作為配套的設(shè)備，總線轉(zhuǎn)換器具 有將CAN總線轉(zhuǎn)換成RS232電平，實(shí)現(xiàn)使用計(jì)算機(jī)的一個通信串口控制一臺或多臺所述的 交流電流源以實(shí)現(xiàn)單相、三相或多組設(shè)備的電流控制。本實(shí)用新型有效解決了電流源調(diào)整不方便，電流波動大的問題，降低了電流源的 運(yùn)行成本。

圖1是實(shí)用新型遠(yuǎn)控交流電流源控制器端子及外部接線的原理圖。圖2是實(shí)用新型遠(yuǎn)控交流電流源的調(diào)壓器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是實(shí)用新型遠(yuǎn)控交流電流源的總線轉(zhuǎn)換器端子及接線示意圖。圖4是實(shí)用新型遠(yuǎn)控交流電流源與主控計(jì)算機(jī)的連接示意圖。圖5是實(shí)用新型遠(yuǎn)控交流電流源的單片機(jī)及CAN接口驅(qū)動部分電路的原理圖。圖6是實(shí)用新型遠(yuǎn)控交流電流源的電源、電機(jī)驅(qū)動和繼電器驅(qū)動部分的原理圖。圖7是實(shí)用新型遠(yuǎn)控交流電流源的總線轉(zhuǎn)換器的電路原理圖。圖1和3中，由于控制器和總線轉(zhuǎn)換器都使用了電能表的外殼和端子，其接線端子 的標(biāo)號相同。都采用1-4和11-18。圖1中JD1是外接繼電器，在調(diào)壓器出現(xiàn)異常時用于切斷輸出電流的，由控制器 內(nèi)的單片機(jī)驅(qū)動。Tl是變流器，用于將調(diào)壓器輸出的電壓變換成低壓大電流輸出，輸出電壓在IV以 下，最大電流輸出120A;CT為電流互感器，互感器的參數(shù)應(yīng)將Tl的變比考慮在內(nèi)。T2為調(diào) 壓器。圖2中調(diào)壓電機(jī)MT和減速機(jī)構(gòu)JS組合為一體并安裝在調(diào)壓器的圓環(huán)內(nèi)，輸出軸 上安裝旋臂XB和炭刷TS，碳刷與調(diào)壓器的繞組接觸實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。圖3中C0M1和COM2是9針RS232接口，在外殼上開孔安裝，設(shè)計(jì)成兩個通道的 轉(zhuǎn)換器，便于冗余使用。圖4中電流源1-n為所述的交流電流源，與總線轉(zhuǎn)換器共同連接在CAN總線上， 總線的兩個端頭要分別接一只120歐大電阻。計(jì)算機(jī)可以通過不同的地址編號控制每個電 流源。圖7中轉(zhuǎn)換器使用三組隔離電源，實(shí)現(xiàn)主控計(jì)算機(jī)接口、總線接口 CANl和CAN2 之間的相互隔離。
具體實(shí)施方式
圖1所示，遠(yuǎn)控交流電流源由控制器KZQ、調(diào)壓器T2、調(diào)壓電動機(jī)MT、上止點(diǎn)位置 開關(guān)Si、下止點(diǎn)位置開關(guān)S2、繼電器JD1、變流器Tl和電流互感器CT組成，CAN_H和CAN_L 連接到CAN總線，接受主控計(jì)算機(jī)的控制指令。主控計(jì)算機(jī)通過CAN總線發(fā)送來的指令，經(jīng)過控制器KZQ處理后，與當(dāng)前從CT采集到的電流值進(jìn)行比對，再驅(qū)動調(diào)壓電動機(jī)MT，經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)JS，驅(qū)動調(diào)壓器的旋臂XB旋 轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，調(diào)壓器的輸出端接低壓大電流輸出的變流器Tl，實(shí)現(xiàn)電壓到電流的轉(zhuǎn)換，通過 調(diào)節(jié)電壓間接得到大電流輸出?？刂破鞑捎门c單相電能表相同的外殼和接線端子，接線端子的定義是端子3和4 接入220V電源、端子1和2接入電流互感器CT、端子11輸出18V直流電源、端子12驅(qū)動繼 電器輸出、端子13接旋臂上止點(diǎn)位置開關(guān)Si、端子14接旋臂下止點(diǎn)位置開關(guān)S2、端子15 和16接調(diào)壓電動機(jī)、端子17和18用于連接與主控計(jì)算機(jī)通信用的CAN總線。圖5所示，交流電流源的控制器采用的單片機(jī)U1，型號是CEP2002AC，具有內(nèi)部的 AD轉(zhuǎn)換器，實(shí)時采集電流互感器CT變換后通過接線端子1、2接入的電流信號，與通過CAN 總線由上位計(jì)算機(jī)送來的設(shè)定電流值進(jìn)行對比，使輸出電流始終保持設(shè)定值及允許的偏差 范圍內(nèi)。圖6所示，為保證調(diào)壓器的旋臂在允許范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，設(shè)置上止點(diǎn)限位開關(guān)Sl和下 止點(diǎn)限位開關(guān)S2，當(dāng)電機(jī)驅(qū)動旋臂到達(dá)上止點(diǎn)時，開關(guān)Sl斷開，即使控制器仍有輸出，電機(jī) 也停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時通過三極管NJl檢測到相應(yīng)的位置信號U_0VER送入單片機(jī)Ul的P3. 2端 口，單片機(jī)停止輸出繼續(xù)上行的命令，并驅(qū)動電機(jī)向相反的方向運(yùn)動，同樣，當(dāng)控制器輸出 電流為零時回到下止點(diǎn)，開關(guān)S2斷開，電機(jī)停止運(yùn)行，同時通過三極管NJ2檢測到相應(yīng)的位 置信號D_0VER送入單片機(jī)Ul的P3. 3端口，單片機(jī)停止輸出繼續(xù)下行的命令。電機(jī)的驅(qū)動 采用兩只N型場效應(yīng)管NK3、NK4和兩只P型場效應(yīng)管PK1、PK2組成的橋式驅(qū)動電路，四只 場效應(yīng)管由單片機(jī)驅(qū)動，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，限位開關(guān)Sl和S2接在電橋的兩個上 臂中?？刂破鱇ZQ的電源使用220V交流電源，從端子3、4接入J3、J4，通過變壓器分別得 到兩組隔離的直流電源，一組18V電源提供調(diào)壓電動機(jī)MT和繼電器JDl的工作電源，并降 壓穩(wěn)壓后得到單片機(jī)工作電源VCC，另一組+5V電源供隔離的CAN總線驅(qū)動芯片U4工作電 源。圖5所示，交流電流源還使用CAN通信接口，用于連接上位控制的主控計(jì)算機(jī)，控 制器內(nèi)部裝有TTL電平到CAN總線的轉(zhuǎn)換芯片U4，通過隔離電源+5V，高速光電隔離器UC2、 UC3與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，同時保持電氣上的隔離。圖4所示，使用的CAN總線不能直接接入主控計(jì)算機(jī)，作為配套的設(shè)備，總線轉(zhuǎn)換 器具有將CAN總線轉(zhuǎn)換成RS232電平，實(shí)現(xiàn)使用計(jì)算機(jī)的一個通信串口控制一臺或多臺所 述的交流電流源以實(shí)現(xiàn)單相、三相或多組設(shè)備的電流控制。圖7所示，總線轉(zhuǎn)換器使用電能表的外殼和接線端子，電源通過端子3和4接入 J3、J4，通過兩只變壓器得到三組隔離的電源VCC、UA和UB，VCC供RS232芯片Ul和U2工 作，并提供與主控計(jì)算機(jī)相連接的RS232電平信號接口 JKl和JK2，JKl和JK2用插頭連接 到外殼上的9針插座上。UA和UB分別提供隔離的電源到CAN總線驅(qū)動芯片U3和U4輸出 兩路獨(dú)立的CAN總線CANl和CAN2，可作為主控計(jì)算機(jī)的一主一備冗余通道使用。
權(quán)利要求1.一種遠(yuǎn)控交流電流源，包括控制器(KZQ)和總線轉(zhuǎn)換器(ZHQ)，控制器(KZQ)由單片 機(jī)和外圍器件構(gòu)成，其特征在于控制器(KZQ)采用與單相電能表相同的外殼和接線端子， 使用3、4端子接入220V電源，電流互感器(CT)接入端子1、2，18V直流電源輸出連接端子 11，用于完全斷開輸出電流的繼電器(JDl)連接端子12，旋臂上止點(diǎn)位置開關(guān)(Si)連接端 子13，旋臂下止點(diǎn)位置開關(guān)(S》連接端子14，調(diào)壓用電動機(jī)(MT)連接端子15、16，與上位 計(jì)算機(jī)通信用的CAN總線連接端子17、18，CAN總線驅(qū)動電路與控制器主控芯片間電氣上隔 離，采用獨(dú)立的電源供電并使用光電隔離器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠(yuǎn)控交流電流源，其特征在于所述的控制器(KZQ)包 括手動調(diào)壓器(T2)、調(diào)壓電動機(jī)(MT)、減速機(jī)構(gòu)(JS)，減速機(jī)構(gòu)(JS)驅(qū)動調(diào)壓器的旋臂 (XB)旋轉(zhuǎn)，旋臂(XB)上安裝的炭刷(TS)與調(diào)壓器(T2)的接觸點(diǎn)位置的改變實(shí)現(xiàn)輸出電壓 的變化，調(diào)壓器的輸出端接低壓大電流輸出的變流器(Tl)，實(shí)現(xiàn)電壓到電流的轉(zhuǎn)換，通過調(diào) 節(jié)電壓間接得到大電流輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠(yuǎn)控交流電流源，其特征在于所述的控制器(KZQ)采 用的單片機(jī)型號為CEP2002AC，其內(nèi)部具有AD轉(zhuǎn)換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種遠(yuǎn)控交流電流源，其特征在于通過電流互感器(CT)實(shí) 時采集的電流值經(jīng)過變換后通過接線端子1、2接入控制器，與通過CAN總線由上位計(jì)算機(jī) 送來的設(shè)定電流值進(jìn)行對比，使輸出電流始終保持設(shè)定值及允許的偏差范圍內(nèi)，為了調(diào)壓 器的旋臂在允許范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，設(shè)置上止點(diǎn)限位開關(guān)(Si)和下止點(diǎn)限位開關(guān)(S2)，當(dāng)電機(jī)驅(qū) 動旋臂到達(dá)上止點(diǎn)時，開關(guān)(Si)斷開，即使控制器仍有輸出，電機(jī)也停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時通過三 極管(NJl)檢測到相應(yīng)的位置信號U_0VER送入單片機(jī)的P3.2端口，單片機(jī)停止輸出繼續(xù) 上行的命令，并驅(qū)動電機(jī)向相反的方向運(yùn)動，同樣，當(dāng)控制器輸出電流為零時回到下止點(diǎn)， 開關(guān)(S2)斷開，電機(jī)停止運(yùn)行，同時通過三極管(NJ2)檢測到相應(yīng)的位置信號D_0VER送入 單片機(jī)的P3. 3端口，單片機(jī)停止輸出繼續(xù)下行的命令。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠(yuǎn)控交流電流源，其特征在于所述的電流源還包括CAN 通信接口，用于連接上位控制的主控計(jì)算機(jī)，CAN總線為雙絞線，可以將多臺設(shè)備連接在同 一總線上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，所述交流電流源內(nèi)部裝有TTL電平到CAN總線的轉(zhuǎn)換芯片，型號是 PCA82C250T, CAN總線的電源單獨(dú)隔離，實(shí)用高速光電隔離器6N137。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種運(yùn)用單片機(jī)控制的，具有遠(yuǎn)方調(diào)節(jié)功能的遠(yuǎn)控交流電流源。包括控制器KZQ和總線轉(zhuǎn)換器ZHQ，控制器KZQ由單片機(jī)和外圍器件構(gòu)成，其特征在于控制器KZQ采用與單相電能表相同的外殼和接線端子，使用3、4端子接入220V電源，電流互感器CT接入端子1、2，18V直流電源輸出連接端子11，用于完全斷開輸出電流的繼電器JD1連接端子12，旋臂上止點(diǎn)位置開關(guān)S1連接端子13，旋臂下止點(diǎn)位置開關(guān)S2連接端子14，調(diào)壓用電動機(jī)MT連接端子15、16，與上位計(jì)算機(jī)通信用的CAN總線連接端子17、18，CAN總線驅(qū)動電路與控制器主控芯片間電氣上隔離，采用獨(dú)立的電源供電并使用光電隔離器。
文檔編號G01R35/04GK201867489SQ201020596168
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者張建偉, 張龍, 曹敏, 楊富萍, 梁華良, 蔣躍明 申請人:云南電力試驗(yàn)研究院(集團(tuán))有限公司, 云南電網(wǎng)公司, 昆明天龍經(jīng)緯電子科技有限公司