CN105021971B - 整流回路晶闸管运行状况测试方法以及测试装置 - Google Patents

整流回路晶闸管运行状况测试方法以及测试装置 Download PDF

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Abstract

一种整流回路晶闸管运行状况测试方法以及测试装置，方法包括：采样晶闸管两端的电压，将该电压进行衰减处理，并将衰减后的电压进行模数转换；以整流周期为一个单周期，获取多个单周期内的模数转换之后的数据，计算多个单周期内的正向峰值电压的最大平均值以及反向峰值电压的最小平均值，并统计晶闸管实际电压值在预定导通电压区间内的数据量，基于该数据量以及单周期计算晶闸管的单周期导通时间；基于最大平均值、最小平均值以及单周期导通时间确定晶闸管的运行状况，并输出最大平均值、最小平均值、单周期导通时间以及晶闸管的运行状况。本发明可以对整流系统进行带电在线测试，同时在发现设备异常时，可以在设备不停电的情况下定位故障点。

Description

整流回路晶闸管运行状况测试方法以及测试装置
技术领域
本发明涉及晶闸管三相全控整流技术领域，尤其涉及一种在整流器运行时可以对晶闸管的运行状况进行测试以及在发现整流器出现异常或故障时快速定位故障点的整流回路晶闸管运行状况测试方法以及测试装置。
背景技术
三相全控整流器在运行中，如果单个晶闸管出现故障，由于其设计容量的冗余，仍然能满足设备供电的需要，而无法被发觉，如果未能检测出单个晶闸管出现故障，则故障会进一步扩大，而目前尚未有专门用于测试晶闸管工作状况的测试装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述整流系统中晶闸管运行状况难以在线检测的缺陷，提供一种在整流器运行时可以对晶闸管的运行状况进行测试以及在发现整流器出现异常或故障时快速定位故障点的整流回路晶闸管运行状况测试方法以及测试装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种整流回路晶闸管运行状况测试方法，用于对整流器中的单个晶闸管进行测试，所述方法包括：
S1：采样晶闸管两端的电压，将该电压以预设的衰减倍数进行衰减处理，并将衰减后的电压进行模数转换；
S2：以整流周期为一个单周期，获取多个单周期内的模数转换之后的数据，计算多个单周期内的正向峰值电压的最大平均值以及反向峰值电压的最小平均值，并统计晶闸管实际电压值在预定导通电压区间内的数据量，基于该数据量以及单周期计算晶闸管的单周期导通时间；
S3：基于所述最大平均值、最小平均值以及单周期导通时间确定晶闸管的运行状况，并输出所述最大平均值、最小平均值、单周期导通时间以及晶闸管的运行状况。
在本发明所述的整流回路晶闸管运行状况测试方法中，所述步骤S2中所述的计算多个单周期内的正向峰值电压的最大平均值以及反向峰值电压的最小平均值为：筛选出连续的多个单周期中的每个单周期中的最大值和最小值，将所有的最大值和最小值分别累加求平均后再分别乘以所述步骤S1中的衰减倍数以得到所述最大平均值以及所述最小平均值。
在本发明所述的整流回路晶闸管运行状况测试方法中，所述步骤S2中基于以下公式(1)计算一个单周期内的单周期导通时间,将连续的多个单周期所对应的多个单周期导通时间进行累加求平均处理，并在所述步骤S3输出多个单周期导通时间的平均值；
Td＝T*Y/S (1)
其中，Td代表晶闸管在一个单周期内的单周期导通时间；T代表一个单周期的时长；S代表所述步骤S2中一个单周期内获取模数转换的数据的次数；Y表示一个单周期中数模转换得到的数据在区间[m/K,n/K]内的个数，K代表所述步骤S1中的衰减倍数，m、n代表步骤S3中的预定导通电压区间的两端值。
在本发明所述的整流回路晶闸管运行状况测试方法中，所述步骤S1之前还包括：基于整流电压等级设定正向峰值电压限值和反向峰值电压限值；所述步骤S3中所述的确定晶闸管的运行状况包括：如果所述最大平均值大于正向峰值电压限值,则判定出现正向峰值电压过高的故障；如果所述最小平均值小于反向峰值电压限值,则判定出现反向峰值电压过高的故障；如果计算得到的所述晶闸管的单周期导通时间大于等于2/3个单周期，则判定出现晶闸管短路的故障；如果计算得到的所述晶闸管的单周期导通时间小于等于1/10个单周期，则判定出现晶闸管开路或触发回路的故障。
在本发明所述的整流回路晶闸管运行状况测试方法中，所述方法还包括：在晶闸管的运行状况为出现故障时，启动报警。
本发明还公开了一种整流回路晶闸管运行状况测试装置，包括电压衰减模块、模数转换模块、微控制器模块、显示模块和供电模块；所述电压衰减模块、模数转换模块、微控制器模块、显示模块依次连接，所述供电模块与各个模块分别连接；
所述电压衰减模块用于采样晶闸管两端的电压并将该电压以预设的衰减倍数进行衰减处理；所述模数转换模块用于将衰减后的电压进行模数转换；所述微控制器模块用于以整流周期为一个单周期存储所述模数转换模块上传的多个单周期内的数据，计算多个单周期内的正向峰值电压的最大平均值以及反向峰值电压的最小平均值，统计晶闸管实际电压值在预定导通电压区间内的数据量，基于该数据量以及单周期计算晶闸管的单周期导通时间，基于所述最大平均值、最小平均值以及单周期导通时间确定晶闸管的运行状况；所述显示模块用于输出所述最大平均值、最小平均值、单周期导通时间以及晶闸管的运行状况。
在本发明所述的整流回路晶闸管运行状况测试装置中，所述微控制器模块基于以下公式(1)计算一个单周期内的单周期导通时间,将连续的多个单周期所对应的多个单周期导通时间进行累加求平均处理，并在步骤S3输出多个单周期导通时间的平均值；
Td＝T*Y/S (1)
其中，Td代表晶闸管在一个单周期内的单周期导通时间；T代表一个单周期的时长；S代表所述微控制器模块在一个单周期内获取模数转换的数据的次数；Y表示一个单周期中数模转换得到的数据在区间[m/K,n/K]内的个数，K代表电压衰减模块的衰减倍数，m、n代表所述预定导通电压区间的两端值。
在本发明所述的整流回路晶闸管运行状况测试装置中，所述微控制器模块还用于基于整流电压等级设定正向峰值电压限值和反向峰值电压限值，且所述微控制器模块确定晶闸管的运行状况包括：如果所述最大平均值大于正向峰值电压限值,则判定出现正向峰值电压过高的故障；如果所述最小平均值小于反向峰值电压限值,则判定出现反向峰值电压过高的故障；如果所述晶闸管的单周期导通时间大于等于2/3个单周期，则判定出现晶闸管短路的故障；如果所述晶闸管的单周期导通时间小于等于1/10个单周期，则判定出现晶闸管开路或触发回路的故障。
在本发明所述的整流回路晶闸管运行状况测试装置中，还包括报警模块，所述报警模块连接至所述微控制器模块，所述报警模块用于在所述微控制器模块确定晶闸管的运行状况为出现故障时启动报警。
在本发明所述的整流回路晶闸管运行状况测试装置中，所述供电模块为干电池供电，所述显示模块采用LCD进行显示。
实施本发明的整流回路晶闸管运行状况测试方法以及测试装置，具有以下有益效果：本发明通过对晶闸管两端电压的采集、模数转换和数据分析，可以计算晶闸管的正向峰值电压的最大平均值、反向峰值电压的最小平均值以及晶闸管的单周期导通时间，进而可以确定晶闸管的运行状况，最终实现对整流系统进行带电在线测试，及早发现设备隐患，提高了整流系统的安全稳定；同时，在发现设备异常时，可以在设备不停电的情况下定位故障点，提高了故障查找的效率，避免了不必要的停电操作；
进一步的，本发明的测试装置还可采用干电池供电，更加便携；采用LCD进行测试结果的显示，结果直观可读，便于用户使用；在出现故障时，还可直接报警提示。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明整流回路晶闸管运行状况测试装置的较佳实施例的结构示意图；
图2是本发明整流回路晶闸管运行状况测试方法的流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参考图1，是本发明整流回路晶闸管运行状况测试装置的较佳实施例的结构示意图；
本发明的整流回路晶闸管运行状况测试装置，包括电压衰减模块、模数转换模块、微控制器模块、显示模块和供电模块。优选的，还包括报警模块。
所述电压衰减模块、模数转换模块、微控制器模块、显示模块依次连接，所述供电模块与所述电压衰减模块、模数转换模块、微控制器模块、显示模块、报警模块分别连接，所述报警模块连接至所述微控制器模块。
所述电压衰减模块，用于采样晶闸管两端的电压，按照预设的衰减倍数进行衰减处理，以将晶闸管两端较高电压转换为-5V～+5V范围内的电压。
所述模数转换模块，用于将衰减后的电压进行模数转换，将电压模拟量转换为数字量，并传输至微控制器模块。
所述显示模块，用于接收由微控制器模块传来的晶闸管运行状况数据，并显示。优选的，采用LCD显示屏进行数据显示，直观可读。
所述报警模块，用于在微控制器模块检测到晶闸管存在故障时进行报警，报警方式包括蜂鸣器响起和/或故障指示灯闪烁。
所述供电模块，用于给各个模块供电，本实施例中采用9V干电池为测试装置供电，使测试装置便于携带。
所述微控制器模块，采用市面上常用的微控制器即可，用于接收模数转换模块的数据并进行数据分析，将分析结果发送至显示模块进行显示，并在判定出现晶闸管故障时驱动报警模块进行声光报警。
其中，微控制器模块的数据分析获取运行状况的原理为：微控制器模块以整流周期(即三相交流电周期，一般为20ms)为一个单周期，存储模数转换模块上传的多个单周期内的数据(例如，存储20个单周期内的数据)。获取的数据的分析主要包括两个方面，一方面，计算多个单周期内的正向峰值电压的最大平均值以及反向峰值电压的最小平均值，另一方面，统计晶闸管实际电压值在预定导通电压区间内的数据量，基于该数据量以及单周期计算晶闸管的单周期导通时间。
其中，微控制器模块在一个单周期内获取模数转换模块的数据的次数是预定的，假如次数记为S(一般为200次)，则计算最大平均值以及最小平均值为：筛选出连续的20个单周期中的每个单周期中的最大值和最小值(即针对每个单周期内的200个数据，选出该200个数据中的最大值和最小值，20个单周期就可以筛选出20个最大值和最小值)，然后将这20个最大值和最小值分别累加求平均后再分别乘以电压衰减模块中的衰减倍数K，就可以得到最大平均值以及最小平均值。
其中，所述微控制器模块基于以下公式(1)计算一个单周期内的单周期导通时间,为避免单次测量误差，将连续的多个单周期所对应的多个单周期导通时间进行累加求平均处理，并控制显示模块输出多个单周期导通时间的平均值；
Td＝T*Y/S (1)
公式(1)中，Td代表晶闸管在一个单周期内的单周期导通时间(多个单周期导通时间的平均值在利用LCD显示时以ms为单位进行输出)；T代表一个单周期的时长；S代表所述微控制器模块在一个单周期内获取模数转换的数据的次数；Y表示一个单周期中数模转换得到的数据在区间[m/K,n/K]内的个数，K代表电压衰减模块的衰减倍数，m、n代表所述预定导通电压区间的两端值，单位为V，即预定导通电压区间为[m,n]，本实施例中具体为[0,5]，因为晶闸管导通后的电压降约为2-3V，取0-5V是为避免测量误差。
在计算出了上述最大平均值、最小平均值以及单周期导通时间的平均值后，一方面将这些结果送往LCD显示屏进行显示。另一方面，基于所述最大平均值、最小平均值以及单周期导通时间确定晶闸管的运行状况，并将运行状态也送往LCD显示屏进行显示。如果运行状态出现故障，则输出故障类型，如果没有出现故障，则输出正常即可。
其中，故障类型主要包括：正向峰值电压过高的故障、反向峰值电压过高的故障、晶闸管短路的故障、晶闸管开路或触发回路的故障。其中，如果晶闸管短路，那么晶闸管两端电压降为恒定值，如果检测到晶闸管导通时间≥2/3个周期，则判定出现晶闸管短路故障；正常情况下，晶闸管导通时间在1/3个周期内，且晶闸管导通时间不宜过短，以免造成电流断续，各个晶闸管导通时间应保持基本一致，因此，当测试装置检测到晶闸管导通时间≤1/10个周期时，可能为晶闸管开路故障或触发回路故障。另外，也可通过测量多个晶闸管的导通时间进行对比，如果发现少数的晶闸管(某一个或两个)导通时间远低/高于其他多个晶闸管，可判定其存在故障：在远高于其他晶闸管时，判定出现短路故障，在远低于其他晶体管时，判定出现开路故障或触发回路故障。
因此，较佳实施例中，所述微控制器模块可以预先基于整流电压等级(220V、110V、48V等)设定的正向峰值电压限值和反向峰值电压限值，确定故障类型包括：如果所述最大平均值大于正向峰值电压限值,则判定出现正向峰值电压过高的故障；如果所述最小平均值小于反向峰值电压限值,则判定出现反向峰值电压过高的故障；如果晶闸管的单周期导通时间大于等于2/3个单周期，则判定出现晶闸管短路的故障；如果晶闸管的单周期导通时间小于等于1/10个单周期，则判定出现晶闸管开路或触发回路的故障。
参考图2，是本发明整流回路晶闸管运行状况测试方法的流程图。
所述方法包括：
S1：采样晶闸管两端的电压，将该电压以预设的衰减倍数进行衰减处理，并将衰减后的电压进行模数转换；
S2：以整流周期为一个单周期，获取多个单周期内的模数转换之后的数据，计算多个单周期内的正向峰值电压的最大平均值以及反向峰值电压的最小平均值，并统计晶闸管实际电压值在预定导通电压区间内的数据量，基于该数据量以及单周期计算晶闸管的单周期导通时间；
S3：基于所述最大平均值、最小平均值以及单周期导通时间确定晶闸管的运行状况，并输出所述最大平均值、最小平均值、单周期导通时间以及晶闸管的运行状况。优选的，在晶闸管的运行状况为出现故障时，启动报警。
其中，所述步骤S2中计算最大平均值以及最小平均值为：筛选出连续的多个单周期中的每个单周期中的最大值和最小值，将所有的最大值和最小值分别累加求平均后再分别乘以步骤S1中的衰减倍数以得到最大平均值以及最小平均值。
步骤S2中基于以下公式(1)计算一个单周期内的单周期导通时间,将连续的多个单周期所对应的多个单周期导通时间进行累加求平均处理，并在步骤S3输出多个单周期导通时间的平均值；
Td＝T*Y/S (1)
其中，Td代表晶闸管在一个单周期内的单周期导通时间；T代表一个单周期的时长；S代表步骤S2中一个单周期内获取模数转换的数据的次数；Y表示一个单周期中数模转换得到的数据在区间[m/K,n/K]内的个数，K代表步骤S1中的衰减倍数，m、n代表步骤S3中的预定导通电压区间的两端值。
其中，所述步骤S1之前还包括：基于整流电压等级设定正向峰值电压限值和反向峰值电压限值；所述步骤S3中所述的确定晶闸管的运行状况包括：
如果所述最大平均值大于正向峰值电压限值,则判定出现正向峰值电压过高的故障；
如果所述最小平均值小于反向峰值电压限值,则判定出现反向峰值电压过高的故障；
如果晶闸管的单周期导通时间大于等于2/3个单周期，则判定出现晶闸管短路的故障；
如果晶闸管的单周期导通时间小于等于1/10个单周期，则判定出现晶闸管开路或触发回路的故障。
或者，也可通过测量多个晶闸管的导通时间进行对比，如果发现少数的晶闸管(某一个或两个)导通时间远低/高于其他多个晶闸管，可判定其存在故障：在远高于其他晶闸管时，判定出现短路故障，在远低于其他晶体管时，判定出现开路故障或触发回路故障。
综上所述，实施本发明的整流回路晶闸管运行状况测试方法以及测试装置，具有以下有益效果：本发明通过对晶闸管两端电压的采集、模数转换和数据分析，可以计算晶闸管的正向峰值电压的最大平均值、反向峰值电压的最小平均值以及晶闸管的单周期导通时间，进而可以确定晶闸管的运行状况，最终实现对整流系统进行带电在线测试，及早发现设备隐患，提高了整流系统的安全稳定；同时，在发现设备异常时，可以在设备不停电的情况下定位故障点，提高了故障查找的效率，避免了不必要的停电操作；进一步的，本发明的测试装置还可采用干电池供电，更加便携；采用LCD进行测试结果的显示，结果直观可读，便于用户使用；在出现故障时，还可直接报警提示。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种整流回路晶闸管运行状况测试方法，用于对整流器中的单个晶闸管进行测试，其特征在于，所述方法包括：
S1：采样晶闸管两端的电压，将该电压以预设的衰减倍数进行衰减处理，并将衰减后的电压进行模数转换；
S2：以整流周期为一个单周期，获取多个单周期内的模数转换之后的数据，计算多个单周期内的正向峰值电压的最大平均值以及反向峰值电压的最小平均值，并统计晶闸管实际电压值在预定导通电压区间内的数据量，基于该数据量以及单周期计算晶闸管的单周期导通时间；
S3：基于所述最大平均值、最小平均值以及单周期导通时间确定晶闸管的运行状况，并输出所述最大平均值、最小平均值、单周期导通时间以及晶闸管的运行状况。
2.根据权利要求1所述的整流回路晶闸管运行状况测试方法，其特征在于，步骤S2中所述的计算多个单周期内的正向峰值电压的最大平均值以及反向峰值电压的最小平均值为：筛选出连续的多个单周期中的每个单周期中的最大值和最小值，将所有的最大值和最小值分别累加求平均后再分别乘以步骤S1中的衰减倍数以得到所述最大平均值以及所述最小平均值。
3.根据权利要求1所述的整流回路晶闸管运行状况测试方法，其特征在于，步骤S2中基于以下公式(1)计算一个单周期内的单周期导通时间,将连续的多个单周期所对应的多个单周期导通时间进行累加求平均处理，并在步骤
S3输出多个单周期导通时间的平均值；
Td＝T*Y/S (1)
其中，Td代表晶闸管在一个单周期内的单周期导通时间；T代表一个单周期的时长；S代表步骤S2中一个单周期内获取模数转换的数据的次数；Y表示一个单周期中数模转换得到的数据在区间[m/K,n/K]内的个数，K代表步骤S1中的衰减倍数，m、n代表步骤S3中的预定导通电压区间的两端值。
4.根据权利要求1所述的整流回路晶闸管运行状况测试方法，其特征在于，步骤S1之前还包括：基于整流电压等级设定正向峰值电压限值和反向峰值电压限值；步骤S3中所述的确定晶闸管的运行状况包括：如果所述最大平均值大于正向峰值电压限值,则判定出现正向峰值电压过高的故障；如果所述最小平均值小于反向峰值电压限值,则判定出现反向峰值电压过高的故障；如果计算得到的所述晶闸管的单周期导通时间大于等于2/3个单周期，则判定出现晶闸管短路的故障；如果计算得到的所述晶闸管的单周期导通时间小于等于1/10个单周期，则判定出现晶闸管开路或触发回路的故障。
5.根据权利要求4所述的整流回路晶闸管运行状况测试方法，其特征在于，所述方法还包括：在晶闸管的运行状况为出现故障时，启动报警。
6.一种整流回路晶闸管运行状况测试装置，其特征在于，包括电压衰减模块、模数转换模块、微控制器模块、显示模块和供电模块；所述电压衰减模块、模数转换模块、微控制器模块、显示模块依次连接，所述供电模块与各个模块分别连接；
所述电压衰减模块用于采样晶闸管两端的电压并将该电压以预设的衰减倍数进行衰减处理；所述模数转换模块用于将衰减后的电压进行模数转换；所述微控制器模块用于以整流周期为一个单周期存储所述模数转换模块上传的多个单周期内的数据，计算多个单周期内的正向峰值电压的最大平均值以及反向峰值电压的最小平均值，统计晶闸管实际电压值在预定导通电压区间内的数据量，基于该数据量以及单周期计算晶闸管的单周期导通时间，基于所述最大平均值、最小平均值以及单周期导通时间确定晶闸管的运行状况；所述显示模块用于输出所述最大平均值、最小平均值、单周期导通时间以及晶闸管的运行状况。
7.根据权利要求6所述的整流回路晶闸管运行状况测试装置，其特征在于，所述微控制器模块基于以下公式(1)计算一个单周期内的单周期导通时间,将连续的多个单周期所对应的多个单周期导通时间进行累加求平均处理，并通过显示模块输出多个单周期导通时间的平均值；
Td＝T*Y/S (1)
其中，Td代表晶闸管在一个单周期内的单周期导通时间；T代表一个单周期的时长；S代表所述微控制器模块在一个单周期内获取模数转换的数据的次数；Y表示一个单周期中数模转换得到的数据在区间[m/K,n/K]内的个数，K代表电压衰减模块的衰减倍数，m、n代表所述预定导通电压区间的两端值。
8.根据权利要求6所述的整流回路晶闸管运行状况测试装置，其特征在于，所述微控制器模块还用于基于整流电压等级设定正向峰值电压限值和反向峰值电压限值，且所述微控制器模块确定晶闸管的运行状况包括：如果所述最大平均值大于正向峰值电压限值,则判定出现正向峰值电压过高的故障；如果所述最小平均值小于反向峰值电压限值,则判定出现反向峰值电压过高的故障；如果所述晶闸管的单周期导通时间大于等于2/3个单周期，则判定出现晶闸管短路的故障；如果所述晶闸管的单周期导通时间小于等于1/10个单周期，则判定出现晶闸管开路或触发回路的故障。
9.根据权利要求8所述的整流回路晶闸管运行状况测试装置，其特征在于，还包括报警模块，所述报警模块连接至所述微控制器模块，所述报警模块用于在所述微控制器模块确定晶闸管的运行状况为出现故障时启动报警。
10.根据权利要求6所述的整流回路晶闸管运行状况测试装置，其特征在于，所述供电模块为干电池供电，所述显示模块采用LCD进行显示。
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