CN105068018A - 阶跃电压发生装置及矿用电源的性能检验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种阶跃电压发生装置及矿用电源的性能检验方法，涉及测量电变量技术领域，以提高矿用电源的性能检验的精确程度。所述阶跃电压发生装置包括：多抽头变压器，多抽头变压器包括变压器输入端、第一变压器输出端和多个第二变压器输出端，其中，第一变压器输出端与矿用电源的一个电源输入端电连接，各第二变压器输出端分别通过一个继电器与矿用电源的另一个电源输入端电连接；主控模块，主控模块分别与各继电器信号连接，且连接有检验电压输入模块。矿用电源的性能检验方法采用上述技术方案提供的阶跃电压发生装置对矿用电源进行性能检验。本发明提供的阶跃电压发生装置及矿用电源的性能检验方法用于井下作业。

Description

阶跃电压发生装置及矿用电源的性能检验方法

技术领域

本发明涉及测量电变量技术领域，尤其涉及一种阶跃电压发生装置及矿用电源的性能检验方法。

背景技术

在目前的矿井下作业中，矿用电源通常通过输入端从电网中接收电能，并将该电能转化为适于井下设备(如分站、传感器等设备)应用的电能，进而通过供电线路将该转化后的电能传输至接入供电线路的井下设备，使井下设备得以正常运转。

在井下作业中，由于井下设备通常功率较大，从而当供电线路上的井下设备的接通或断开时，较大的功率变化将导致矿用电源的输入端的电压发生阶跃变化(即电压数值大幅度地瞬间变化)。因此，为了确保煤矿井下作业的安全性，依据相关标准要求，需要对矿用电源的性能进行性能检验(主要指源效应试验等)，以确保矿用电源能够在阶跃电压(即电压数值大幅度地瞬间变化的电压)下维持稳定，保证煤矿井下安全生产。在现有技术中，在对矿用电源进行性能检验时，通常通过调压器向矿用电源的输出端提供阶跃电压，以检验矿用电源在阶跃电压下运行时的性能稳定性。

然而，在通过调压器调整电压大小以产生阶跃电压时，将电压从一个数值调整至另一个数值的时间通常在1s以上，甚至在多数情况下完成上述调整的时间超过5s；而在实际的井下作业中，阶跃电压过程中电压的阶跃变化通常在瞬间完成(阶跃变化的完成时间小于0.5s)。因此，通过调压器所产生的阶跃电压无法良好地模拟井下设备导通或断开所造成的阶跃变化，从而导致矿用电源的性能检验的精确程度较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阶跃电压发生装置及矿用电源的性能检验方法，以提高矿用电源的性能检验的精确程度。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种阶跃电压发生装置，包括：

多抽头变压器，所述多抽头变压器包括变压器输入端、第一变压器输出端和多个第二变压器输出端，其中，所述变压器输入端与交流电源电连接，所述第一变压器输出端通过导线与矿用电源的一个电源输入端电连接，各所述第二变压器输出端分别通过一个继电器与所述矿用电源的另一个电源输入端电连接；

主控模块，所述主控模块分别与各所述继电器信号连接，且所述主控模块信号连接有检验电压输入模块，所述主控模块用于接收用户通过所述检验电压输入模块输入的检验电压，并根据所述检验电压使对应的所述继电器导通，且不同的所述继电器在导通时所对应的所述检验电压不同。

本发明提供的阶跃电压发生装置中，多抽头变压器的各第二变压器输出端与第一变压器输出端之间的电位差各不相同，从而在按照上述技术方案将多抽头变压器连接至矿用电源后，通过使不同的继电器导通，进而使不同的第二变压器输出端与矿用电源的电源输入端电连接，即可使得多抽头变压器向矿用电源输出不同的检验电压。通过上述设置，在本发明中，在通过阶跃电压发生装置向矿用电源输入检验电压时，通过改变导通的继电器，即可使检验电压发生阶跃变化，也即使得多抽头变压器向矿用电源输出阶跃电压。由于继电器由导通状态转换为断开状态或由断开状态转换为导通状态的时间在0.5s以下，从而本发明提供的阶跃电压发生装置所输出的阶跃电压中，电压从一个数值变化至另一个数值的时间在0.5s以下。因此，与现有技术中通过调压器将电压从一个数值调整至另一个数值的时间通常在1s以上相比，本发明提供的阶跃电压发生装置能够更好地模拟井下作业中矿用电源输入端的阶跃电压，从而显著提高矿用电源的性能检验的精确程度。

另一方面，本发明还提供了一种矿用电源的性能检验方法，所述矿用电源的性能检验方法包括：

用户通过所述阶跃电压发生装置中的检验电压输入模块向主控模块输入检验电压；

所述主控模块根据所述检验电压使对应的继电器导通，以使多抽头变压器向所述矿用电源施加所述检验电压，且不同的所述继电器在导通时所对应的所述检验电压不同。

相对于现有技术，本发明提供的矿用电源的性能检验方法具有的优势与上述阶跃电压发生装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的阶跃电压发生装置的各部件之间的连接关系图；

图2为本发明实施例提供的矿用电源的性能检验方法的流程图；

图3为图2中步骤20的具体方法的流程图。

附图标记：

10-检验电压输入模块，20-主控模块，

30-多抽头变压器，31-第一变压器输出端，

32-第二变压器输出端，33-变压器输入端，

40-继电器，50-信息采集模块，

60-显示模块，70-矿用电源。

具体实施方式

为了进一步说明本发明实施例提供的阶跃电压发生装置及矿用电源的性能检验方法，下面结合说明书附图进行详细描述。

请参阅图1，本发明实施例提供了一种阶跃电压发生装置，用于将交流电源输出的交流电压转化为阶跃电压，并将该阶跃电压输送给矿用电源70，以对矿用电源70的在阶跃电压下维持稳定工作的性能进行检验。矿用电源70包括电源输出端及两个电源输入端，可以理解的是，在进行矿用电源70的性能检验时，矿用电源70的电源输出端需要与模拟负载电连接，以模拟矿用电源70的工作环境；矿用电源70的两个电源输入端与阶跃电压发生装置连接，以接收阶跃电压发生装置提供的阶跃电压。此外，矿用电源70的电源输出端与电压表、示波器等检测仪器电连接，以对矿用电源70在工作状态下的各类性能参数(如电压、电流等数值)进行检测。

在本实施例中，阶跃电压发生装置包括多抽头变压器30、主控模块20以及检验电压输入模块10：其中，多抽头变压器30包括变压器输入端33、第一变压器输出端31和多个第二变压器输出端32，变压器输入端33与交流电源电连接，第一变压器输出端31通过导线与矿用电源70的一个电源输入端电连接，各第二变压器输出端32分别通过一个继电器40与矿用电源70的另一个电源输入端电连接；主控模块20分别与各继电器40信号连接，且主控模块信号连接有检验电压输入模块10，用于接收用户通过检验电压输入模块10输入的检验电压，并根据检验电压使对应的继电器40导通，且不同的继电器40在导通时所对应的检验电压不同。

在具体实施时，检验电压输入模块10可为触摸显示屏、按键面板及操控面板等；在本实施例中优选触摸显示屏，一方面，可利用该触摸显示屏的接收用户输入信息的功能，通过预先编制的软件，在触摸显示屏上提供人机交互界面，以获取用户输入的检验电压，并根据该检验电压生成对应的用户指令信息，进而将该用户指令信息传输至主控模块20；另一方面，还可利用该触摸显示屏的显示功能，对用户输入的检验电压进行显示，以便用户确认输入的检验电压是否准确无误。

主控模块20可具体包括：单片机、通信芯片、光电耦合器和存储芯片，其中，单片机用于控制阶跃电压发生装置中各部件的运行，以及对检验电压等数据信息进行处理，例如，单片机可产生使继电器40接通的触发信号，以及使继电器40断开的封锁信号；通信芯片与单片机信号连接，用于实现单片机与检验电压输入模块10之间的通信连接；光电耦合器与单片机信号连接，用于将上述触发信号和封锁信号传输至各继电器40；存储芯片与单片机信号连接，用于存储检验电压、以及矿用电源70的性能检验结果等数据。

多抽头变压器30包括初级线圈和次级线圈，从次级线圈上的不同位置引出多个抽头，在本发明实施例中，可将次级线圈一端的引出线作为第一变压器输出端31，将次级线圈另一端的引出线、以及从各抽头延伸出的线路作为各第二变压器输出端32，从而使得各第二变压器输出端32与第一变压器输出端31之间存在不同的电位差，这样，接通不同的继电器40也就等同于将不同的第二变压器输出端32与矿用电源70的电源输入端接通，从而向矿用电源70施加不同的检验电压。

本发明提供的阶跃电压发生装置中，多抽头变压器30的各第二变压器输出端32与第一变压器输出端31之间的电位差互不相同，从而在按照上述技术方案将多抽头变压器30连接至矿用电源70后，通过使不同的继电器40导通，进而使不同的第二变压器输出端32与矿用电源70的电源输入端电连接，即可使得多抽头变压器30向矿用电源70输出不同的检验电压。因此，在本发明中，在通过阶跃电压发生装置向矿用电源70提供检验电压时，通过改变导通的继电器40，即可使检验电压发生阶跃变化(即检验电压的数值大幅度地瞬间变化)，进而形成阶跃电压，(即检验电压的数值大幅度地瞬间变化的电压)。由于继电器40由导通状态转换为断开状态或由断开状态转换为导通状态的时间在0.5s以下，从而在本发明提供的阶跃电压发生装置所输出的阶跃电压中，检验电压从一个数值变化至另一个数值的时间在0.5s以下。因此，与现有技术中通过调压器将电压从一个数值调整至另一个数值的时间通常在1s以上相比，本发明提供的阶跃电压发生装置能够更好地模拟井下作业中矿用电源70输入端的阶跃电压，从而显著提高矿用电源70的性能检验的精确程度。

请参阅图1，作为上述技术方案的一个优化方案，在本发明实施例中，继电器40为固态继电器。由于固态继电器中不存在机械接触部件，因此固态继电器在导通状态和断开状态之间切换的时间极短，通常低于50ms；对于某些精确程度较高的固态继电器，上述切换时间甚至可低于1ms。因此采用固态继电器作为继电器40，能够更好地模拟井下作业中矿用电源70的输入端的阶跃电压，进而使得矿用电源70的性能检验的精确程度得到进一步提高。

为了防止改变检验电压时出现的尖峰电压等异常情况导致继电器40的损坏，在本发明实施例中，阶跃电压发生装置还包括多个压敏电阻，每个压敏电阻与对应的一个继电器40并联。压敏电阻是一种电阻数值随自身两端电压变化而产生变化的电阻，具体的：当压敏电阻两端的电压低于某个阈值时，其阻值极大，可认为其所在的电路断开；当压敏电阻两端的电压超过该阈值时，其阻值极小，可认为其所在的电路导通。因此，将压敏电阻与继电器40并联，当继电器40及压敏电阻两端的电压超过上述阈值时，压敏电阻所在的支路导通，相当于继电器40的两端短路，从而使得电流仅从压敏电阻所在的支路通过，而不会从继电器40所在的支路通过，进而使得继电器40在两端电压过高的异常状况下得到保护。

进一步地，除压敏电阻之外，在本发明实施例提供的阶跃电压发生装置还包括多个过流保护装置，每个过流保护装置与对应的一个继电器40串联，以进一步对多抽头变压器30进行过流保护及短路保护。该过流保护装置可为高性能熔断器等器件，在例如多抽头变压器30的两个抽头之间发生短路等异常情况，造成第二变压器输出端32或第一变压器输出端31中通过的电流过大时，该熔断器产生熔断，使其所在的电路断开，从而避免多抽头变压器30被破坏。

对于上述技术方案而言，检验电压包括95.25V、127V、139.7V、165V、220V、242V、285V、380V及418V。一般而言，从电网中向矿用电源70输入的源电压的标准值可为127V、220V或380V。以该源电压的标准值作为标称电压(即额定电压，用Ue表示)，则矿用电源70需满足如下条件：当源电压在0.75Ue、Ue及1.1Ue三个电压值中阶跃变化时，矿用电源70的性能保持稳定。因而，当标称电压Ue为127V时，0.75Ue、Ue及1.1Ue的检验电压分别为95.25V、127V及139.7V；当标称电压Ue为220V时，0.75Ue、Ue及1.1Ue的检验电压分别为165V、220V及242V；当标称电压Ue为380V时，0.75Ue、Ue及1.1Ue分别为285V、380V及418V。

在本发明实施例中，可根据上述检验电压值选择或定制合适的多抽头变压器30，该多抽头变压器30中，各第二变压器输出端32与第一变压器输出端31之间的电位差，分别等于上述检验电压值，从而在本发明中，用户可根据矿用电源工作时收到的源电压的标准值，输入不同的检测电压，以检测矿用电源70在不同标准值的源电压下工作的稳定性，可以理解的是，上述各电压值是根据相关规定所计算出的标准值，本发明并未将检验电压值严格限定在上述9个电压值内，用户也可根据实际情况设置更多的检验电压值，或将上述各检验电压值扩展为一定的电压范围，以更精确或更方便地对矿用电源70进行性能检测。

需要说明的是，源电压的标准值还可包括36V、660V及1140V，此时按照上述内容分别计算0.75Ue、Ue及1.1Ue的值，可得到对应的检验电压的值分别为：27V、36V、39.6V、495V、660V、726V、855V、1140V、1254V，进而选择或定制合适的多抽头变压器30，该多抽头变压器30中的各第二变压器输出端32与第一变压器输出端31之间的电位差分别等于上述检验电压值，以扩大本发明实施例提供的阶跃电压发生装置的适用范围。

请参阅图1，对于上述技术方案及其改进方案而言，阶跃电压发生装置还包括：信息采集模块50和显示模块60，其中，信息采集模块50包括两个采集输入端，这两个采集输入端分别与矿用电源70的两个电源输入端信号连接，信息采集模块50用于检测施加在矿用电源70上的检验电压的参数信息；显示模块60与信息采集模块50信号连接，用于对施加在矿用电源70上的检验电压的参数信息进行显示。在具体实施时，信息采集模块50对施加在矿用电源70上的检验电压的参数信息(包括电压、电流等信息)进行采集，并将该检验电压的参数信息发送给显示模块，显示模块将该信息显示在预先设置的屏幕上，以供用户观察。优选地，当检验电压输入模块10具有显示功能时，显示模块60可集成在上述检验电压输入模块10上，例如，当检验电压输入模块10为触摸显示屏时，显示模块60集成在触摸显示屏上，从而可将上述阶跃电压发生装置输出的阶跃电压的参数信息直接显示在触摸显示屏上。通过上述设置，使得用户能够直观地得到阶跃电压发生装置当前输出并施加在矿用电源70上的检验电压等信息，以便用户准确把握阶跃电压发生装置的工作状态，进一步提高矿用电源70的性能检验的精确程度。

可以理解的是，信息采集模块50也可通过主控模块20与显示模块60信号连接，从而在信息采集模块50获得上述阶跃电压发生装置输出的阶跃电压的参数信息后，经过主控模块20中的单片机进行数据分析，获得初步的分析结果，并由主控模块20将该分析结果传送至显示模块60，使显示模块60对该初步的分析结果进行显示，以便用户利用该初步分析结果进一步进行分析，从而辅助用户进行矿用电源70的性能测试，提高矿用电源70的性能测试的效率及便利性。

请参阅图2，本发明实施例还提供了一种矿用电源的性能检验方法，采用上述任一技术方案提供的阶跃电压发生装置进行矿用电源的性能检验，矿用电源包括第一电源输入端和第二电源输入端，阶跃电压发生装置包括多抽头变压器、主控模块和检验电压输入模块，多抽头变压器包括变压器输入端、第一变压器输出端和多个第二变压器输出端，变压器输入端与交流电源相连，第一变压器输出端通过导线与矿用电源的一个电源输入端电连接，各第二变压器输出端分别通过一个继电器与矿用电源的另一个电源输入端电连接；主控模块，主控模块分别与各继电器及检验电压输入模块信号连接。该矿用电源的性能检验方法包括：

步骤S10、用户通过阶跃电压发生装置中的检验电压输入模块向主控模块输入检验电压。可以理解的是，在进行步骤S11前，需将多抽头变压器的电压输入端与交流电源电连接，多抽头变压器的第一电压输出端与矿用电源的第一电源输入端电连接，多头变压器的各第二电压输出端与矿用电源的第二电源输入端电连接。此外，还需在矿用电源的输出端接入模拟负载，以模拟矿用电源向井下设备提供电能的状态；并且还需在矿用电源上接入电压表及示波器等检测设备，并通过这些设备检测矿用电源在阶跃电压下工作的具体参数，进而判断矿用电源在阶跃电压下维持稳定工作的性能，具体的检测内容与现有技术基本相同，此处不再赘述。

步骤S20、主控模块根据检验电压使对应的继电器导通，以使多抽头变压器向矿用电源施加检验电压，且不同的继电器在导通时所对应的检验电压不同。具体地，由于第二变压器输出端与第一变压器输出端之间的电位差即为多抽头变压器可输出的检验电压值，而每个第二电压输出端与矿用电源的电源输入端是否电连接均由对应的继电器控制，从而不同的检验电压与不同的继电器之间存在一一对应关系。因此，主控模块可根据用户输入的检验电压，生成并发送用于使继电器导通的触发信号、以及用于使继电器断开的封锁信号，使得该检验电压对应的继电器导通，其他继电器断开，进而使得多抽头变压器为矿用电源提供用户输入的检验电压。

可以理解的是，每当用户输入一个检验电压值，本发明所提供的阶跃电压发生装置即会进行上述步骤S10及步骤S20，使得多抽头变压器输出该检验电压。因此，当用户输入新的检验电压值，则多抽头变压器输出的检验电压值将发生阶跃变化，也即多抽头变压器输出阶跃电压，利用该阶跃电压模拟井下作业中矿用电源输入端的阶跃电压，即可检验矿用电源在阶跃电压下的维持稳定运行的性能。

相对于现有技术，本发明提供的矿用电源的性能检验方法具有的优势与上述阶跃电压发生装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

请参阅图3，进一步地，步骤20具体包括：

步骤S21、主控模块使所有继电器断开。具体地，对所有继电器发送封锁信号，使所有继电器均处于断开状态，以防止继电器在导通和断开状态之间切换时，两个第二变压器输出端之间构成回路(由于各第二变压器输出端各自通过一个继电器和同一个电源输入端电连接，因此当两个继电器同时导通时，这两个继电器各自对应的第二变压器输出端之间有可能形成回路)，进而防止多抽头变压器的两个第二变压器输出端之间短路，避免多抽头变压器中的部件因短路而被烧毁。

步骤S22、主控模块等待预设的保护时段。由于封锁信号或触发信号本质为脉冲信号，该脉冲信号具有时间宽度，且两者在电路中的传输需要时间。因此，若主控模块同时发送封锁信号和触发信号，则在某些继电器未完全接受封锁信号，也即继电器还未断开时，存在触发信号已经使对应的继电器接通的可能性，若上述现象发生，则此时两个第二变压器输出端之间形成回路，该回路中过大的电流将对继电器造成破坏。为了避免上述现象，本发明实施例所提供的矿用电源的型式试验方法中还设置了上述保护时段，保护时段的长度大于封锁信号的时间宽度，从而确保在所有的继电器全部关闭之后，对应的继电器才能接收到触发信号。本领域技术人员可根据实际情况设置保护时段的时长，保护时段的时长可设置为20ms。

步骤S23、主控模块根据检验电压使对应的继电器导通，以使多抽头变压器向矿用电源施加该检验电压。通过步骤S23使得各第二变压器输出端中的一个第二变压器输出端与矿用电源的电源输入端导通，其余继电器断开，从而向矿用电源提供该导通的继电器对应的检验电压。此时在步骤S21及步骤S22的作用下，已确保各第二变压器输出端互相之间不存在短接，从而能够确保该第二变压器输出端不会与其他的第二变压器输出端形成回路，进而确保多抽头变压器安全运行。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于装置实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见产品实施例的部分说明即可。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种阶跃电压发生装置，其特征在于，包括：

多抽头变压器，所述多抽头变压器包括变压器输入端、第一变压器输出端和多个第二变压器输出端，其中，所述变压器输入端与交流电源电连接，所述第一变压器输出端通过导线与矿用电源的一个电源输入端电连接，各所述第二变压器输出端分别通过一个继电器与所述矿用电源的另一个电源输入端电连接；

主控模块，所述主控模块分别与各所述继电器信号连接，且所述主控模块信号连接有检验电压输入模块，所述主控模块用于接收用户通过所述检验电压输入模块输入的检验电压，并根据所述检验电压使对应的所述继电器导通，且不同的所述继电器在导通时所对应的所述检验电压不同。

2.根据权利要求1所述的阶跃电压发生装置，其特征在于，所述继电器为固态继电器。

3.根据权利要求1所述的阶跃电压发生装置，其特征在于，所述阶跃电压发生装置还包括多个压敏电阻，每个所述压敏电阻与对应的一个所述继电器并联。

4.根据权利要求1所述的阶跃电压发生装置，其特征在于，所述阶跃电压发生装置还包括多个过流保护装置，每个所述过流保护装置与对应的一个所述继电器串联。

5.根据权利要求1所述的阶跃电压发生装置，其特征在于，所述检验电压包括95.25V、127V、139.7V、165V、220V、242V、285V、380V及418V。

6.根据权利要求1-5任一项所述的阶跃电压发生装置，其特征在于，所述阶跃电压发生装置还包括：

信息采集模块，所述信息采集模块包括两个采集输入端，两个所述采集输入端分别与所述矿用电源的两个电源输入端信号连接，所述信息采集模块用于检测施加在所述矿用电源上的检验电压的参数信息；

显示模块，与所述信息采集模块信号连接，用于对施加在所述矿用电源上的检验电压的参数信息进行显示。

7.一种矿用电源的性能检验方法，采用权利要求1-6任一项所述的阶跃电压发生装置对矿用电源进行性能检验，其特征在于，所述矿用电源的性能检验方法包括：

用户通过所述阶跃电压发生装置中的检验电压输入模块向主控模块输入检验电压；

所述主控模块根据所述检验电压使对应的继电器导通，以使多抽头变压器向所述矿用电源施加所述检验电压，且不同的所述继电器在导通时所对应的所述检验电压不同。

8.根据权利要求7所述的矿用电源的性能检验方法，其特征在于，所述主控模块根据所述检验电压使对应的所述继电器导通，以使所述多抽头变压器向所述矿用电源施加所述检验电压的步骤具体包括：

所述主控模块使所有所述继电器断开；

所述主控模块等待预设的保护时段；

所述主控模块根据所述检验电压使对应的所述继电器导通，以使所述多抽头变压器向所述矿用电源施加所述检验电压。