CN105717846B - 电子式智能精准角度选择控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子式智能精准角度选择控制装置。本发明具有高性能、高可靠性、紧凑型、免维护和智能型等的技术特点，是用单片微型计算机来控制电源与负载之间反并联晶闸管的导通角，可以0‑180°合适的角度合闸。本发明提供的选项合闸装置应能适应高频率操作的现场、具有较高的过载能力、很强的电磁兼容性能以及较低的自身损耗。本发明在实现高可靠性方面，通过高端数字处理技术实现精准的控制功能和快速的故障保护功能，在嵌入式数字平台下实现强健的通信可靠性。另外，本发明可利用内置旁路接触器的方式及先进的材料、工艺达到产品小型化，无电弧分合使其单位体积电流比领先于同类产品。
Description
技术领域
本发明涉及一种低压电器智能检测仪器。
背景技术
在电网系统中，断路器在闭合瞬时系统电压和电流的初相角通常都是随机的和不确定的。这不仅对电网系统中的设备本身及维护不利(影响设备的绝缘、寿命)，还会影响电网系统电压稳定性，诱发继电保护的误动作行为，增加维修作业量和维护成本。在感性负荷(空载变压器、并联电抗器等)合闸时，若断路器合相位不合适，将会产生很大的涌流引起瞬间电压降低，导致系统电压波动和保护继电器误动作；在容性负荷(空载输电线路、电容器组等)合闸时的过电压和涌流引起断路器触头熔焊、烧损，涌流的电动力可能损坏零件甚至给电流互感器和串联电抗器造成绝缘损伤。所以了解断路器在不同相位时的合闸性能对电网系统及开关设备至关重要。
为解决断路器短路试验电流15KA、30KA、50KA、120KA等不同等级的短路电流，目前市场上的选相装置都采用机械式形式，主要由开关和控制箱两大部分组成，开关采用单设计，用六个真空灭弧室并联工作，装置体积大、控制精度差≦±3.6°、分合时震动大、可靠性差、设备维护工作量大、定期需维护。
发明内容
本发明的目的是提供一种精准选相合闸的断路器短路电流测试装置，用于检测与记录断路器分断时间以及短路动作，完成符合GB14048.2标准的断路器产品的所有试验。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种电子式智能精准角度选择控制装置，在电源与负载回路之间反并联晶闸管，对晶闸管按照安装顺序进行编号，依次为晶闸管VT1、晶闸管VT2、晶闸管VT3、晶闸管VT4、晶闸管VT5、晶闸管VT6，其特征在于，包括主CPU，主CPU分别采集电源与反并联晶闸管之间以及反并联晶闸管与负载回路之间的电压信号及电流信号，主CPU将电压信号中的任意一相正弦波电压信号作为基准信号，基准信号依次经过运放处理电路后削去负半周波形，再经由光电隔离单元后形成方波信号，作为同步信号输入主CPU，主CPU采用如下步骤来控制晶闸管的导通：
步骤1、主CPU捕捉到同步信号的上升沿后，产生一个宽度为10°的主脉冲信号及一个宽度为10°的辅助脉冲信号，主脉冲信号与辅助脉冲信号之间的间隔为60°，晶闸管VT1接收到主脉冲信号后导通，晶闸管VT6接收到辅助脉冲信号后导通；
步骤2、将步骤1产生的主脉冲信号及辅助脉冲信号均延迟60°，晶闸管VT2接收到延迟后的主脉冲信号后导通，晶闸管VT1接收到延迟后的辅助脉冲信号后导通；
步骤3、将步骤2产生的主脉冲信号及辅助脉冲信号均延迟60°，晶闸管VT3接收到延迟后的主脉冲信号后导通，晶闸管VT2接收到延迟后的辅助脉冲信号后导通；
步骤4、主CPU捕捉到同步信号的下降沿后，产生一个宽度为10°的主脉冲信号及一个宽度为10°的辅助脉冲信号，主脉冲信号与辅助脉冲信号之间的间隔为60°，晶闸管VT4接收到主脉冲信号后导通，晶闸管VT3接收到辅助脉冲信号后导通；
步骤5、将步骤4产生的主脉冲信号及辅助脉冲信号均延迟60°，晶闸管VT5接收到延迟后的主脉冲信号后导通，晶闸管VT4接收到延迟后的辅助脉冲信号后导通；
步骤6、将步骤5产生的主脉冲信号及辅助脉冲信号均延迟60°，晶闸管VT6接收到延迟后的主脉冲信号后导通，晶闸管VT5接收到延迟后的辅助脉冲信号后导通；
在上述步骤1至步骤6中，利用主CPU中定时器的比较匹配中断和定时器的溢出中断实现触发角、脉冲间隔和脉冲宽度的定时。
优选地，所述主CPU输出的脉冲信号通过光纤传输到晶闸管脉冲触发板控制晶闸管。
优选地，所述主CPU具有用于测量电压电流A/D口、用于同步信号和频率的采集的外部中断、用于液晶控制器的通信的一路SCI、用于与上位机485通信的另一路SCI。
优选地，所述主CPU选用STM32F103VBT6单片机，利用STM32F103VBT6单片机的两个16位定时器/计数器T/C1和定时器/计数器T/C3的定时功能,，将定时器/计数器T/C1和定时器/计数器T/C3的工作模式设置为快速PWM模式，利用定时器的比较匹配中断和定时器的溢出中断实现触发角、脉冲间隔和脉冲宽度的定时。
本发明具有高性能、高可靠性、紧凑型、免维护和智能型等的技术特点，是用单片微型计算机来控制电源与负载之间反并联晶闸管的导通角，可以0-180°合适的角度合闸。本发明提供的选项合闸装置应能适应高频率操作的现场、具有较高的过载能力、很强的电磁兼容性能以及较低的自身损耗。本发明在实现高可靠性方面，通过高端数字处理技术实现精准的控制功能和快速的故障保护功能，在嵌入式数字平台下实现强健的通信可靠性。另外，本发明可利用内置旁路接触器的方式及先进的材料、工艺达到产品小型化，无电弧分合使其单位体积电流比领先于同类产品。
附图说明
图1为本发明的硬件结构框图；
图2为本发明的流程图；
图3为本发明的电压电流信号处理电路框图；
图4为本发明的时序图，图中，A为30°，B为60°，C为10°；
图5A至图5C为A相信号对应的晶闸管导通情况；
图6A至图6C为B相信号对应的晶闸管导通情况；
图7A至图7C为C相信号对应的晶闸管导通情况，图中，1#至6#分别为将晶闸管按照导通顺序进行的编号。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
如图1所示为本发明提供的一种电子式智能精准角度选择控制装置的硬件框图，包括主CPU，在本实施例中，主CPU采用STM32F103VBT6单片机其具有32位内核、128KB程序内存、20KB数据内存、8路12位A/D口、6路PWM信号输出、2路SCI串口。
12位A/D口用于测量电压电流，通过信号采集单元及信号处理单元分别采集处理负载回路与功率回路之间的电压电流信号以及功率回路与变压器之间的电压电流信号。信号处理单元的具体结合如图3所示，为保证测量和控制的精度，电流和电压信号的采集是关键，本发明采用高精度的电流互感器和电压互感器，既隔离主回路和控制回路之间的电压，保护控制部分的安全，又提高了测量和控制的精度。采集到的正弦波信号通过运放处理电路处理后削去负半周，形成50Hz的脉动信号。再由光电开关切换单元形成方波信号，该方波信号作为同步信号输入STM32F103VBT6单片机。
功率回路包括反并联晶闸管及晶闸管触发板。大功率晶闸管的并联的关键就是大功率晶闸管均流问题，解决主要靠晶闸管本身的特性及一些外围阻抗的匹配来实现。在选择晶闸管时对晶闸管的相关关键参数进行配对保证并联晶闸管参数的一致性同时在并联结构上保证外围阻抗的匹配。本发明还采用长线均压方式可有效地抑制di/dt、du/dt。
STM32F103VBT6单片机的外部中断用于同步信号和频率的采集；一路SCI用于液晶控制器的通信，另一路SCI用于与上位机485的通信。由STM32F103VBT6单片机产生的PWM输出到光纤分配板通过光纤传输到晶闸管脉冲触发板控制晶闸管。
如图2所示，本发明的软件流程如下：设备上电后先初始化，再判断整个系统是否存在故障状态。确认无故障后，系统进入正常运行状态，等待设备的启动信号。在该过程中，用户可通过本地触摸屏的操作面板或远程上位机修改各种参数，同时也可查看一些测量的数据，如：电压、电流、故障状态等。当设备处于工作阶段，用户不能修改参数，要到下一次设备停机工作的时候才能修改。在整个设备的工作过程中，时刻判断故障，一旦检测出故障，立即进入故障处理程序，封锁设备，发出故障报警信号。
由STM32F103VBT6单片机的PWM口产生用于控制晶闸管的脉冲控制信号，该信号通过光电控制器的处理将电信号转换为光信号，一路脉冲信号通过光纤分配板分别产生并列多路晶闸管触发信号，且当其和STM32F103VBT6单片机使能信号同时有效时，STM32F103VBT6单片机就发相应的触发脉冲给晶闸管。由于采用N组晶闸管并联方式来实现大电流的控制，故对于触发信号一致性的要求较高。一路电压采用一路数字脉冲信号输出，由光纤分配板分成N路光信号后，通过光纤传输与对应的N组触发板对接，可方便地调整输出脉冲的宽度和占空比，以实现触发控制一致性。
根据技术要求，晶闸管导通角调节范围为0～180°、分辨率为0.1ms、导通角度误差0～2°。本发明采用宽脉冲列触发，即在触发某个晶闸管的同时给另一个晶闸管补发脉冲。本发明中脉冲宽度为10-160ms。晶闸管触发脉冲的产生利用STM32F103VBT6单片机的两个16位定时器/计数器T/C1和T/C3的定时功能，将T/C 1和T/C 3的工作模式设置为快速PWM模式，利用定时器的比较匹配中断和定时器的溢出中断实现触发角、脉冲间隔和脉冲宽度的定时。通过逻辑判断分析，实现精准角度选择控制，控制精度在≦±1°，重复误差：≦±1°，分辨率为0.1°，通电时间分辨率0.1ms。对晶闸管按照安装顺序进行编号，依次为晶闸管VT1、晶闸管VT2、晶闸管VT3、晶闸管VT4、晶闸管VT5、晶闸管VT6，则采用如下步骤来控制晶闸管的导通：
步骤1、主CPU捕捉到同步信号的上升沿后，产生一个宽度为10°的主脉冲信号及一个宽度为10°的辅助脉冲信号，主脉冲信号与辅助脉冲信号之间的间隔为60°，晶闸管VT1接收到主脉冲信号后导通，晶闸管VT6接收到辅助脉冲信号后导通；
步骤2、将步骤1产生的主脉冲信号及辅助脉冲信号均延迟60°，晶闸管VT2接收到延迟后的主脉冲信号后导通，晶闸管VT1接收到延迟后的辅助脉冲信号后导通；
步骤3、将步骤2产生的主脉冲信号及辅助脉冲信号均延迟60°，晶闸管VT3接收到延迟后的主脉冲信号后导通，晶闸管VT2接收到延迟后的辅助脉冲信号后导通；
步骤4、主CPU捕捉到同步信号的下降沿后，产生一个宽度为10°的主脉冲信号及一个宽度为10°的辅助脉冲信号，主脉冲信号与辅助脉冲信号之间的间隔为60°，晶闸管VT4接收到主脉冲信号后导通，晶闸管VT3接收到辅助脉冲信号后导通；
步骤5、将步骤4产生的主脉冲信号及辅助脉冲信号均延迟60°，晶闸管VT5接收到延迟后的主脉冲信号后导通，晶闸管VT4接收到延迟后的辅助脉冲信号后导通；
步骤6、将步骤5产生的主脉冲信号及辅助脉冲信号均延迟60°，晶闸管VT6接收到延迟后的主脉冲信号后导通，晶闸管VT5接收到延迟后的辅助脉冲信号后导通。
以A相为基准时不同选相角对应的晶闸管开通状况如下表所示：
图4给了本发明的时序图，晶闸管导通情况参见图5A至图5C、图6A至图6C及图7A至图7C。
Claims (4)
1.一种电子式智能精准角度选择控制装置，在电源与负载回路之间反并联晶闸管，对晶闸管按照安装顺序进行编号，依次为晶闸管VT1、晶闸管VT2、晶闸管VT3、晶闸管VT4、晶闸管VT5、晶闸管VT6，其特征在于，包括主CPU，主CPU分别采集电源与反并联晶闸管之间以及反并联晶闸管与负载回路之间的电压信号及电流信号，主CPU将电压信号中的任意一相正弦波电压信号作为基准信号，基准信号依次经过运放处理电路后削去负半周波形，再经由光电隔离单元后形成方波信号，作为同步信号输入主CPU，主CPU采用如下步骤来控制晶闸管的导通：
步骤1、主CPU捕捉到同步信号的上升沿后，产生一个宽度为10°的主脉冲信号及一个宽度为10°的辅助脉冲信号，主脉冲信号与辅助脉冲信号之间的间隔为60°，晶闸管VT1接收到主脉冲信号后导通，晶闸管VT6接收到辅助脉冲信号后导通；
步骤2、将步骤1产生的主脉冲信号及辅助脉冲信号均延迟60°，晶闸管VT2接收到延迟后的主脉冲信号后导通，晶闸管VT1接收到延迟后的辅助脉冲信号后导通；
步骤3、将步骤2产生的主脉冲信号及辅助脉冲信号均延迟60°，晶闸管VT3接收到延迟后的主脉冲信号后导通，晶闸管VT2接收到延迟后的辅助脉冲信号后导通；
步骤4、主CPU捕捉到同步信号的下降沿后，产生一个宽度为10°的主脉冲信号及一个宽度为10°的辅助脉冲信号，主脉冲信号与辅助脉冲信号之间的间隔为60°，晶闸管VT4接收到主脉冲信号后导通，晶闸管VT3接收到辅助脉冲信号后导通；
步骤5、将步骤4产生的主脉冲信号及辅助脉冲信号均延迟60°，晶闸管VT5接收到延迟后的主脉冲信号后导通，晶闸管VT4接收到延迟后的辅助脉冲信号后导通；
步骤6、将步骤5产生的主脉冲信号及辅助脉冲信号均延迟60°，晶闸管VT6接收到延迟后的主脉冲信号后导通，晶闸管VT5接收到延迟后的辅助脉冲信号后导通；
在上述步骤1至步骤6中，利用主CPU中定时器的比较匹配中断和定时器的溢出中断实现触发角、脉冲间隔和脉冲宽度的定时。
2.如权利要求1所述的一种电子式智能精准角度选择控制装置，其特征在于，所述主CPU 输出的脉冲信号通过光纤传输到晶闸管脉冲触发板控制晶闸管。
3.如权利要求1所述的一种电子式智能精准角度选择控制装置，其特征在于，所述主CPU 具有用于测量电压电流A /D口、用于同步信号和频率的采集的外部中断、用于液晶控制器的通信的一路SCI、用于与上位机485通信的另一路SCI。
4.如权利要求1所述的一种电子式智能精准角度选择控制装置，其特征在于，所述主CPU选用STM32F103VBT6单片机，利用STM32F103VBT6单片机的两个16 位定时器/ 计数器T/C1 和定时器/ 计数器T/C3 的定时功能，将定时器/ 计数器T/C1 和定时器/ 计数器T/C3的工作模式设置为快速PWM 模式，利用定时器的比较匹配中断和定时器的溢出中断实现触发角、脉冲间隔和脉冲宽度的定时。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Yang Inventor after: Pan Yiyong Inventor after: Chai Yi Inventor after: Hu Min Inventor after: Liu Huiyan Inventor after: Gao Xiaotian Inventor after: Qiu Zhengzi Inventor before: Zhang Yang Inventor before: Pan Yiyong Inventor before: Chai Yi Inventor before: Hu Min Inventor before: Liu Huiyan Inventor before: Gao Xiaotian Inventor before: Qiu Zizheng |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information |