CN105116181A - 电压阶跃装置及矿用直流电源检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的电压阶跃装置及矿用直流电源检测装置，电压阶跃装置包括控制器和原边与交流输入电源连接的变压器，所述变压器的副边设置有抽头，所述抽头上设置有根据输出电压的百分比划分的不同等级的输出电压支路；所述输出电压支路上设置有开关，控制器通过控制开关的断开和/或闭合，使输出电压阶跃跳变；本发明通过控制器对设置在每个支路上的开关进行控制，根据需要对输出电压进行自由切换，实现电压的自动阶跃跳变，提高了测试的效率，本发明原理简单，结构紧凑，实用性强。

Description

电压阶跃装置及矿用直流电源检测装置

技术领域

本发明涉及电力领域，尤其涉及一种电压阶跃装置及矿用直流电源检测装置。

背景技术

矿用直流电源是一种特殊的电源，中华人民共和国煤炭工业部煤矿专用设备标准化技术委员会提出了煤炭行业标准--MT/T408-1995《煤矿用直流稳压电源》中对其各项基本性能及试验过程进行了详细规定，其中源效应是一个尤为重要的性能指标，该标准对其实验装置及试验步骤进行了说明，其试验装置包括用于对被测直流电源施加阶跃电压的电压阶跃装置，该电压阶跃装置的电源输入端还连接有交流稳压器和调压器，被测直流电源的输出端连接有模拟负载及直流数字电压表，其试验步骤如下：a、负载电流为额定值,源电压为标称值，测出稳定输出电压UO；b、另当负载电流分别为零值及额定值时，源电压从规定的最小值至标称值到最大值进行阶跃变化或反之，随着源电压的阶跃变化，分别在5tτ至5tτ+10s这一时间间隔中测量出稳定输出电压U01；c、取其稳定输出电压的最大变化量△Uo(△U0＝U0-U01)；e、△Uo的绝对值与Uo之比即为源效应。但现阶段矿用稳压电源测试过程中输入交流电源一般采用手动调节输入电源，而不能自动阶跃跳变，因此其测试过程比较复杂，测试效率较低。中国专利授权公告号CN202512147公开了一种阶跃信号源，包括直流电源单元、电压表、精密电阻网络等，其阶跃信号的产生是通过调节精密电阻网络红得两个精密电阻器来实现的，并且该结缘信号源的电源为直流电源，而矿用直流电源测试所需的为交流电源，因此，该阶跃信号源不适于矿用直流电源的测试使用，也同样不能自动阶跃跳变。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电压阶跃装置及矿用直流电源检测装置。

本发明提供的电压阶跃装置，包括控制器和原边与交流输入电源连接的变压器，所述变压器的副边设置有抽头，所述抽头上设置有根据输出电压的百分比划分的不同等级的输出电压支路；所述输出电压支路上设置有开关，控制器通过控制开关的断开和/或闭合，使输出电压阶跃跳变。

进一步，所述抽头根据电压规格设置有不同电压档位，所述设有不同电压档位的抽头至少为一个。

进一步，所述开关包括用于对应每个抽头的电压档位的档位控制开关和用于对应每个等级的等级控制开关。

进一步，所述档位控制开关为继电器，所述等级控制开关为电子开关。

进一步，所述抽头根据电压规格设置有4个不同输出电压的档位，每个档位分别设置有3个电压百分比输出等级。

进一步，还包括电压过零检测电路，所述电压过零检测电路与控制器连接用于对电路电压进行检测。

进一步，所述电子开关为MOSFET管。

本发明还提出了一种利用所述电压阶跃装置的矿用直流电源检测装置，至少包括电压阶跃装置和交流输入电源，所述电压阶跃装置与交流输入电源连接，所述电压阶跃装置的输出端与被测稳压电源的输入端连接，通过所述电压阶跃装置使输出电压自动阶跃跳变。

进一步，还包括用于采集被测直流电源参数的示波器、智能电表和信号采集板。

进一步，还包括模拟负载，所述模拟负载与被测稳压电源的输出端连接。

本发明的有益效果：本发明提供的电压阶跃装置，在变压器上设置有多个抽头，每个抽头按电压规格设有不同的输出电压档位，每个档位设置有不同输出电压等级的输出电压支路，通过控制器对设置在每个支路上的开关进行控制，根据需要对输出电压进行自由切换，实现电压的自动阶跃跳变，提高了测试的效率，本发明原理简单，结构紧凑，实用性强。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为矿用稳压电源试验装置原理框图。

图2为电压阶跃装置原理框图。

图3为电压阶跃装置实施例一的原理示意图。

图4为等级控制开关电路图。

图5为向上阶跃跳变示意图。

图6为电压阶跃装置实施例二的原理示意图。

图7为控制器电路图。

图8为电压过零检测电路图。

图9为阶跃波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：图1为矿用稳压电源试验装置原理框图；图2为电压阶跃装置原理框图；图3为电压阶跃装置实施例一的原理示意图；图4为等级控制开关电路图；图5为向上阶跃跳变示意图；图6为电压阶跃装置实施例二的原理示意图；图7为控制器电路图；图8为电压过零检测电路图；图9为阶跃波形示意图。

矿用直流电源是一种特殊的电源，中国煤炭行业标准对其各项基本性能及试验过程进行了详细规定，该标准对其实验装置及试验步骤进行了说明，其试验装置如图1所示。本发明提供的一种电压阶跃装置，包括控制器和原边与交流输入电源连接的变压器，所述变压器的副边设置有抽头，所述抽头上设置有根据输出电压的百分比划分的不同等级的输出电压支路；所述输出电压支路上设置有开关，控制器通过控制开关的断开和/或闭合，实现输出电压的阶跃跳变。如图2所示，变压器的原边与交流输入电源连接，变压器的副边具有至少一个档位且每个档位不少于两个等级的抽头，每个抽头对应的输出电压支路上设有对应的控制开关，各控制开关由控制器控制，且各输出电压支路的输出端与被测稳压电源的输入端连接。

具体实施例一：

本实施例中的电压阶跃装置，控制开关包括用于实现对应档位控制的档位控制开关和用于实现各档位等级切换的等级控制开关，档位控制开关为继电器，等级控制开关为电子开关。如图3所示，由于被测稳压电源一般采用市电供电，本实施例中电压阶跃装置的输入电源使用标称电压220V，用不同的变压器绕组输出对应量程，按照电压规格分为127V、220V、380V、660V四个档位，每个档位之间采用对应档位控制开关J4、J3、J2、J1进行控制导通，J4、J3、J2、J1与控制器的对应管脚P00-P03控制连接，如图7所示；每个档位按输出电压的百分比划分为75％，100％，110％三个等级的输出，以输出对应的不同电压，每个等级通过对应的对应等级切换开关KA、KB、KC进行切换，本实施例中的J4、J3、J2、J1均为继电器，KA、KB、KC为电子开关，该电子开关可以采用MOSFET管或者IGBT。本实施例的变压器总容量设计为750W，设有12个阶跃点，阶跃过冲不能超过阶跃点的10％。

如图4所示，等级切换开关中的75％等级的输出采用电子开关Q10和Q5，其控制端与控制器的对应管脚75％EN连接；100％等级的输出采用电子开关Q9和Q3，其控制端与控制器的对应管脚100％EN连接；110％等级的输出采用电子开关Q7和Q1，其控制端与控制器的对应管脚110％EN连接，如图7所示。

在本实施例中，根据被测稳压电源的测试需求在不同的幅度比例上进行调整，例如若要采用220V档位的电压，通过控制器控制继电器J3闭合，J4、J2、J1断开，如果要采用75％Ue→100％Ue→110％Ue的阶跃方式，如图5所示，即从220V的75％跃变到100％，再从100％跃变到110％，通过控制器控制对应的等级控制开关KC、KB、KA依次切换导通，电压在5ms内从154V跃变到220V，稳定一段时间后再跃变到242V。

具体实施例二：

本实施例中的电压阶跃装置同实施例一相比，区别是各档位各等级抽头对应的输出电压支路由独立的控制开关进行控制，即127V档位的三个等级分别采用K41～K43控制，220V档位的三个等级分别采用K31～K33控制，380V档位的三个等级分别采用K21～K23控制，660V档位的三个等级分别采用K11～K13控制，本实施例中的控制开关可以采用继电器，也可以采用MOSFET管或者IGBT等类似器件的电子开关。在本实施例中，如果要采用220V档位的电压实现75％Ue→100％Ue→110％Ue的阶跃跳变，则通过控制器控制对应的等级控制开关K33、K32、K31依次切换导通。

优选地，根据50Hz工频交流正弦波的特性，由于一个全波周期为20ms，在控制器对控制开关进行控制时，可以通过一个过零检测电路对电路电压进行检测，实现在不改变波形特性的情况下，在0度相位或180度半波切换时将幅值直接提高或下降到下一个档位值，即最快的阶跃时间是1/4波形周期＝5ms，电压在0度相位时进行切换的波形图如图9所示。本实施例中的电压过零检测电路如图8所示，本实施例中的电压过零检测为常规技术，其具体的电路结构本领域技术人员可以轻易获取，在此不再赘述。

本发明还提供了一种利用上述电压阶跃装置的矿用矿用直流电源检测装置，包括电压阶跃装置、交流稳压电源和用于连接在被测直流电源输出端的模拟负载，所述电压阶跃装置与交流稳压电源连接，所述电压阶跃装置的输出端与被测直流电源的输入端连接，通过所述电压阶跃装置使输出电压自动阶跃跳变，在测量源效应性能参数时，按照行业表中中的现有技术的试验步骤进行。

在本实施例中，检测装置包括用于采集被测直流电源参数的示波器、智能电表和信号采集板，可以对相关输出信号进行显示。另外，该矿用直流电源检测装置在电压阶跃装置在前级加入一台交流稳压电源以保证电压阶跃装置发生的电压控制在5％以内。该稳压器的技术参数如下：容量1000VA，输入电压范围160～240V,稳压精度220V±4％，过压保护264V，调节速度＜1S，温升＜60K。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种电压阶跃装置，其特征在于：包括控制器和原边与交流输入电源连接的变压器，所述变压器的副边设置有抽头，所述抽头上设置有根据输出电压的百分比划分的不同等级的输出电压支路；所述输出电压支路上设置有开关，控制器通过控制开关的断开和/或闭合，使输出电压阶跃跳变。

2.根据权利要求1所述的电压阶跃装置，其特征在于：所述抽头根据电压规格设置有不同电压档位，所述设有不同电压档位的抽头至少为一个。

3.根据权利要求2所述的电压阶跃装置，其特征在于：所述开关包括用于对应每个抽头的电压档位的档位控制开关和用于对应每个等级的等级控制开关。

4.根据权利要求3所述的电压阶跃装置，其特征在于：所述档位控制开关为继电器，所述等级控制开关为电子开关。

5.根据权利要求4所述的电压阶跃装置，其特征在于：所述抽头根据电压规格设置有4个不同输出电压的档位，每个档位分别设置有3个电压百分比输出等级。

6.根据权利要求1所述的电压阶跃装置，其特征在于：还包括电压过零检测电路，所述电压过零检测电路与控制器连接用于对电路电压进行检测。

7.根据权利要求4所述的电压阶跃装置，其特征在于：所述电子开关为MOSFET管。

8.一种利用权利要求1所述电压阶跃装置的矿用直流电源检测装置，其特征在于：至少包括电压阶跃装置和交流稳压电源，所述电压阶跃装置与交流稳压电源连接，所述电压阶跃装置的输出端与被测直流电源的输入端连接，通过所述电压阶跃装置使输出电压自动阶跃跳变。

9.根据权利要求8所述的矿用直流电源检测装置，其特征在于：还包括用于采集被测直流电源参数的示波器、智能电表和信号采集板。

10.根据权利要求8所述的矿用直流电源检测装置，其特征在于：还包括模拟负载，所述模拟负载与被测稳压电源的输出端连接。