CN106125032A - 一种基于程控恒流源的互感器测试机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于程控恒流源的互感器测试机，其互感器装载夹具包括串接于负载回路内的条状导电板，条状导电板两端为电连接端、中部为外包绝缘层的互感器装载段，其程控交流程控恒流源系统包括恒流源电路模块，完成AC‑DC‑AC变换，通过脉宽控制DC‑AC全桥逆变电路获得高精度高压小电流，升流变压器将恒流源电路模块输出的高压小电流降压增流后供给负载电路；单片机控制单元输出给DC‑AC全桥逆变电路的脉宽调制驱动信号占空比D控制于20％~80％；电流反馈电路模块，用于检测负载电路电流大小。本发明具有响应速度快、精度高及检测效率高的优点。

Description

一种基于程控恒流源的互感器测试机

技术领域

本发明涉及电器检测设备，确切的说是用于测试智能断路器等中的互感器测试机。

背景技术

低压电器中的智能断路器在生产过程中，需要通以恒定的工频交变电流(中国为50Hz)对其使用的互感器进行测试，由于智能断路器的保护电流范围大，且型号规格多，因此对互感器测试所需的测试电流范围宽，从几安培至数千安培

现有互感器测试机存在结构设计不合理，存在检测电流精度低、电流调节速度慢以及检测效率低等问题。

发明内容

本发明发明目的：为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种精度高、响应快的基于程控恒流源的互感器测试机。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种基于程控恒流源的互感器测试机，包括机架，设于机架上的检测装置、交流程控恒流源系统、上位机，检测装置包括用于采集被测互感器测试信号的信号采样控制器以及检测用负载回路，检测用负载回路上设有用于互感器穿装的互感器装载夹具，其特征在于：所述的互感器装载夹具包括串接于检测用负载回路内的条状导电板，条状导电板两端为电连接端，条状导电板中部为包覆有绝缘层的互感器装载段；

所述交流程控恒流源系统包括恒流源电路模块，经交流-直流-交流变换后输出恒流交流电，其包括AC-DC转换模块、DC-AC全桥逆变电路、滤波电路以及单片机控制单元，单片机控制单元输出控制DC-AC全桥逆变电路的两路互补的脉宽调制驱动信号，单片机控制单元对两路脉宽调制驱动信号进行时序控制，脉宽调制驱动信号的占空比D调整范围为20％~80％，所述AC-DC转换模块输出连接DC-AC全桥逆变电路，DC-AC全桥逆变电路输出连接滤波电路的输入端；

升流变压器，升流变压器的初级线圈连接滤波电路的输出端，升流变压器的次级线圈接入检测用负载回路；

电流反馈电路模块，用于检测检测用负载回路的电流大小，包括置于检测用负载回路回路中的电流检测互感器，恒流源电路模块内设有A/D采集电路，A/D采集电路的输入端连接电流检测互感器的输出端，A/D采集电路输出连接单片机控制单元的输入接口。

本发明的互感器测试机，条状导电板实现多个互感器穿装检测，提高检测效率，恒流源电路模块之后配降压升流电路模块达到对负载输出大量程恒定交变电流，具有电流精度高和响应速度快的优点，有效满足智能断路器等中互感器出厂检验。恒流源电路模块实现初始的恒流交流电输出，再经升流变压器最终输出用于负载的交流恒流，交流程控恒流源采用脉冲调制控制，为防止DC-AC全桥逆变电路的同一桥臂上两个开关器件同时导通，对两互补的脉宽调制驱动信号进行时序控制，在互补的脉宽调制驱动信号之间加入一个死区时间，而死区时间的存在将导致DC-AC全桥逆变电路输出产生基波电流损失、低次谐波增加、输出电流畸变等死区效应，从而使得DC-AC全桥逆变电路输出的波形失真度增大，影响恒流源电路模块输出的初始恒流交流电精度，将脉宽调制驱动信号的占空比D控制为20％~80％，能够有效减少因死区时间而造成低次谐波增加对正弦波的影响，保证输出正弦波的谐波失真度小于1%，并保证DC-AC全桥逆变电路正常工作。

优选的，所述滤波电路的输出和升流变压器的输入之间串接有调压式自耦变压器，调压式自耦变压器对应配合有调压控制器，单片机控制单元与调压控制器通讯连接，单片机控制单元具有判断脉宽调制驱动信号的占空比D的占空比判断模块，所述上位机具有用于设定输出至负载回路中的电流值的电流值设定模块；

设所述调压式自耦变压器的初级线圈匝数为N1，调压式自耦变压器的初级电压为U1，调压式自耦变压器的初级电流为I1，调压式自耦变压器的次级线圈匝数为Nx，升流变压器的初级线圈匝数为N2，升流变压器的初级电压为U2，升流变压器的初级电流为I2，升流变压器的次级线圈匝数为N3，升流变压器的次级电压为U3，电流值设定模块设定电流为I3，检测用负载回路回路中的阻抗为R，

U3=I3*R，U2=（N2/N3）*U3，

U1=（N1/Nx）*U2=[(N1*N2)/(Nx*N3)]*(I3*R)，式中N1，N2，N3，R为定值，根据以上方程式可知U1反比Nx，

又U1∝D，可知Nx反比D，

所述单片机控制单元读取电流值设定模块的设定电流以及根据占空比判断模块的值，从而驱动调压控制器控制调压式自耦变压器的次级线圈匝数，在D<20%时，控制所述调压控制器控制调压式自耦变压器的次级线圈至低匝数，当D>80%，调压控制器控制调压式自耦变压器的次级线圈至高匝数。

通过采用上述技术方案，为交流程控恒流源提供有效的补偿方法，采用调压式自耦变压器控制输出至升流变压器的输入电压，单片机控制单元判断脉宽调制驱动信号的占空比D，根据方程式关系控制所述Nx的值，即驱动所述调压控制器选择控制调压式自耦变压器的次级线圈的连入匝数，从而达到自动控制脉宽调制驱动信号的占空比D调整范围在20％~80％，从而保证输出电流无失真，保证高输出精度。

优选的，所述电流检测互感器具有多个电流档位，电流检测互感器配有选择控制电流检测互感器的电流档位的档位控制器，单片机控制单元根据电流值设定模块设定的电流值，向档位控制器输出选择控制电流检测互感器的电流档位的档位信号。

通过采用上述技术方案，提高电流反馈电路模块对检测用负载回路中的电流检测精度。

优选的，所述互感器装载夹具还包括分别夹持固定导电板条两端的两个夹持头，夹持头电连接于检测用负载回路中，夹持头上具有可开合的夹持口，夹持头的夹持口可闭合夹持固定导电板条并接触导电连接，夹持头的夹持口可张开供导电板条自由出入。

通过采用上述技术方案，导电板条供多个互感器进行串装，之后将串装有互感器的导电板条两端放入夹持口内，夹持头的夹持口闭合对导电板条夹持固定并实现导电连接，完成接入检测用检测用负载回路中。实现一次性多个互感器装载，检测效率高，导电板条经夹持头进行夹持，夹持头的夹持口张开后，导电板条则可从夹持口处取出或放入，方便在导电板条上装载和取下互感器，操作方便；在互感器装载完成后，夹持头的夹持口对导电板条夹持固定，同时实现电接入检测系统内。

优选的，所述夹持头包括定夹座、活动头以及驱动活动头升降的夹持驱动装置，定夹座为固定在机架上的可导电座，活动头包括位于定夹座上方的夹持部，活动头的夹持部相对定夹座升降构成所述夹持口的开合。

上述结构下，夹持头结构简单，导电板条预先放置于定夹座上，之后活动头迎向定夹座对导电板条进行夹持，操作更为方便。

优选的，两个所述夹持头的定夹座上均设有限位挡块，所述限位挡块设于导电板条长度方向的端部一侧，限位挡块与导电板条长度方向端部限位配合。

上述结构下，两限位挡块在长度方向实现对导电板条的限位，使得导电板条的定位安装更为准确可靠。

优选的，所述夹持驱动装置为气缸，所述活动头安装在气缸的伸缩臂上。

上述结构下，活动头采用气缸驱动，驱动装置结构简单，驱动稳定可靠。

优选的，所述导电板条为铜条，所述导电板条上与夹持头电接触部位的表面具有镀银层，所述夹持头上与导电板条电接触部位的表面具有镀银层。

上述结构下，导电板条为铜条，具有导电性好的优点，提高检测的可靠性，采用镀银层进行接触导电，减少导电板条与夹持头电接触的电阻，提高检测的稳定性和可靠性。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明具体实施例基于程控恒流源的互感器测试机立体图；

图2为本发明具体实施例基于程控恒流源的互感器测试机的系统原理图；

图3为本发明具体实施例恒流源电路模块结构原理图；

图4为本发明具体实施例互感器装载夹具结构示意图；

图5为本发明具体实施例夹持头结构示意图。

具体实施方式

参见附图1至附图5，本发明公开的一种基于程控恒流源的互感器测试机，包括机架1，设于机架1上的检测装置、交流程控恒流源系统、上位机，检测装置包括用于采集被测互感器S测试信号的信号采样控制器以及检测用负载回路，信号采样控制器和上位机通讯连接，检测用负载回路上设有用于互感器穿装的互感器装载夹具，所述的互感器装载夹具包括串接于检测用负载回路内的条状导电板2，条状导电板2两端为电连接端22，条状导电板2中部为包覆有绝缘层的互感器装载段21；互感器装载段21可实现多个互感器S装载检测，提高检测效率；绝缘层可以为绝缘材料涂覆形成，也可以为绝缘橡胶套等；

所述的交流程控恒流源系统包括恒流源电路模块、升流变压器以及电流反馈电路模块；

所述恒流源电路模块，经交流-直流-交流变换后输出恒流交流电，其包括AC-DC转换模块、DC-AC全桥逆变电路、滤波电路以及单片机控制单元，AC-DC转换模块为现有技术，用于将交流转换成直流电，DC-AC全桥逆变电路为现有技术，用于将直流转换成正负调制脉宽波形输出，滤波电路为现有技术，用于滤去正负调制脉宽波形的杂波得到标准的交流电流，所述AC-DC转换模块输出连接DC-AC全桥逆变电路，DC-AC全桥逆变电路输出连接滤波电路，滤波电路输出端输出恒流交流电；单片机控制单元输出控制DC-AC全桥逆变电路的两路互补的脉宽调制驱动信号，单片机控制单元对两路脉宽调制驱动信号进行时序控制，在两路脉宽调制驱动信号之间加入死区时间，脉宽调制驱动信号保证对管Q1，Q4导通的同时对管Q2，Q3关断，对管Q2，Q3导通的同时对管Q1，Q4关断，从而在VS1、VS2两端产生正负调制脉宽波形，其中R1为电流采样电阻，供单片机控制单元采样电流值保证恒流输出，为防止DC-AC全桥逆变电路的同一桥臂上两个开关器件同时导通，对两互补的脉宽调制驱动信号进行时序控制，在互补的脉宽调制驱动信号之间加入一个死区时间，而死区时间的存在将导致DC-AC全桥逆变电路输出产生基波电流损失、低次谐波增加、输出电流畸变等死区效应，从而使得DC-AC全桥逆变电路输出的波形失真度增大，影响恒流源电路模块输出的初始恒流交流电精度，占空比D大于20%时，死区时间占脉宽时间很小，输出波形的谐波失真度较低；而当脉宽调制驱动信号的波形占空比小于20%或者更小时，死区时间占脉宽比例逐渐增大，将导致波形谐波失真变大，占空比D大于80％，导致mos管电流过大，将脉宽调制驱动信号的占空比D调整范围控制为20％~80％，能够有效减少因死区时间而造成低次谐波增加对正弦波的影响，防止mos管电流过大，保证输出正弦波的谐波失真度小于1%，并保证DC-AC全桥逆变电路正常工作；

所述升流变压器T1，调压式自耦变压器T2的初级线圈连接滤波电路的输出端，调压式自耦变压器T2的次级线圈连接升流变压器的初级线圈，升流变压器T1的次级线圈连接检测用负载回路；升流变压器T1的初级线圈连接滤波电路的输出端，升流变压器T1的次级线圈接入检测用负载回路；

电流反馈电路模块，用于检测检测用负载回路的电流大小，包括置于检测用负载回路回路中的电流检测互感器T3，恒流源电路模块内设有A/D采集电路，A/D采集电路的输入端连接电流检测互感器的输出端，A/D采集电路输出连接单片机控制单元的输入接口。

一般测试电流设置范围在互感器额定电流的0.2至2倍，为保证占空比D控制，适应性的提出对波形失真控制的补偿方式，具体为：

所述滤波电路的输出和升流变压器T3的输入之间串接有调压式自耦变压器T2，调压式自耦变压器T2对应配合有调压控制器，单片机控制单元与调压控制器通讯连接，单片机控制单元具有判断脉宽调制驱动信号的占空比D的占空比判断模块，所述上位机具有用于设定输出至负载回路中的电流值的电流值设定模块；调压控制器可以采用调压控制器驱动单元和接触器，将调压式自耦变压器T2的次级线圈为多个匝数档，档位开关KM1、KM2、KM3、KM4，档位的设计根据需要进行作出相应改变，通过接触器选择控制相应匝数实现；也可以采用调压控制器电机驱动单元和电机，电机驱动滑动开关对调压式自耦变压器T2的次级线圈匝数调整。

电流值设定模块为现有技术，操作人员根据检测需要电流值经设定模块设定要向检测用负载回路供给的电流值I3，占空比的获得为单片机控制单元内部控制变量；根据本恒流源系统，具有如下方程式：

设所述调压式自耦变压器T2的初级线圈匝数为N1，调压式自耦变压器T2的初级电压为U1，调压式自耦变压器T2的初级电流为I1，调压式自耦变压器T2的次级线圈匝数为Nx，升流变压器T1的初级线圈匝数为N2，升流变压器T1的初级电压为U2，升流变压器T1的初级电流为I2，升流变压器T1的次级线圈匝数为N3，升流变压器T1的次级电压为U3，电流值设定模块设定电流为I3，检测用负载回路回路中的阻抗为R，

U3=I3*R，U2=（N2/N3）*U3，

U1=（N1/Nx）*U2=[(N1*N2)/(Nx*N3)]*(I3*R)，式中N1，N2，N3，R为定值，U1∝D；

根据以上方程式，所述单片机控制单元读取电流值设定模块的设定电流，以及根据占空比判断模块的值，从而驱动调压控制器选择控制调压式自耦变压器T2的次级线圈档位，在D<20%时，控制所述调压控制器选择控制调压式自耦变压器T2的次级线圈至低匝数，降低调压式自耦变压器T2的次级线圈匝数，当D>80%，调压控制器选择控制调压式自耦变压器T2的次级线圈至高匝数，调高调压式自耦变压器T2的次级线圈匝数，防止mos管Q1、Q2、Q3、Q4电流过大。将单片机控制单元判断脉宽调制驱动信号的占空比D和读取负载设定电流值I3，根据方程式关系控制所述Nx的值，即驱动所述调压控制器选择控制调压式自耦变压器T2的次级线圈，从而达到自动控制脉宽调制驱动信号的占空比D在20％~80％，从而保证输出电流无失真，保证高输出精度。该补偿方式简单易行。其实质上也提供了一种恒流源的波形失真补偿方法，在构建上述恒流源模型后，根据方程式实现自动补偿，实现高精度输出。本具体实施例中，占空比的获得由单片机控制单元直接读取获得，其启动为软启动，为防止启动时占空比过大，输出电流过大而导致逆变全桥MOS过载，设置启动时占空比在较小值，如8%（或可以更小），将电流反馈电路模块获得的电流值与上位机设定的电流直进行比较，当采集到的电流值小于设定电流值，增大占空比，直至采集到的电流值与上位机设定电流值相等，若占空比增大80%还不相等，调压控制装置驱动调压式自耦变压器次级线圈至高匝数，调整到输出电流与设定值相等，同时保持占空比在20%~80%；当输出电流大于设定值，由于启动占空比小于20%，所以首先调压式自耦变压器的次级线圈至低匝数切换，保持占空比在20%~80%，然后调整占空比，直至采集到的电流值与上位机设定电流值相等。具有响应速度快的优点。

为提高负载检测的可靠性，所述电流检测互感器T3具有多个电流档位，采用相应的四个档位设计，档位开关为KM5、KM6、KM7、KM8，电流检测互感器T3配有选择控制电流检测互感器T3的电流档位的档位控制器，单片机控制单元根据电流值设定模块设定的电流值，向档位控制器输出选择控制电流检测互感器T3的电流档位的档位信号；选择到合适档位下进行检测，保证检测精度。

为进一步方便待检测互感器的装载，提高检测效率，所述互感器装载夹具还包括分别夹持固定导电板条2两端的两个夹持头3，夹持头3上具有可开合的夹持口30，夹持头3的夹持口30可闭合夹持固定导电板条2并接触导电连接，夹持头的夹持口30可张开供导电板条2自由出入。

所述夹持头3包括定夹座31、活动头32以及驱动活动头32升降的夹持驱动装置，所述夹持驱动装置优选为气缸33，所述活动头32安装在气缸33的伸缩臂上，定夹座31固定在机架1上的可导电座，定夹座31可经铜排连接至检测用负载回路中，也可经其它导线进行连接，活动头32包括位于定夹座31上方的夹持部321，活动头32的夹持部321相对定夹座31升降构成所述夹持口30的开合。夹持头结构简单，导电板条预先放置于定夹座上，之后活动头迎向定夹座对导电板条进行夹持，操作更为方便。夹持驱动装置也可以为电机、油缸等连接相应传动机构进行驱动，存在结构复杂等缺陷，故优先采用气缸设计。

两个所述夹持头3的定夹座31上均设有限位挡块34，所述限位挡块34设于导电板条2长度方向的端部一侧，限位挡块34与导电板条2长度方向端部限位配合。这样两限位挡块在长度方向实现对导电板条的限位，使得导电板条的定位安装更为准确可靠。

为降低夹具连入电路中对检测结果的影响，所述导电板条2为铜条。所述导电板条2上与夹持头3电接触部位的表面具有镀银层。所述夹持头3上与导电板条2电接触部位的表面具有镀银层。采用镀银层实现接触导电，减少导电板条与夹持头电接触的电阻，提高检测的稳定性和可靠性。

Claims (8)

1.一种基于程控恒流源的互感器测试机，包括机架，设于机架上的检测装置、交流程控恒流源系统、上位机，检测装置包括用于采集被测互感器测试信号的信号采样控制器以及检测用负载回路，检测用负载回路上设有用于互感器穿装的互感器装载夹具，其特征在于：所述的互感器装载夹具包括串接于检测用负载回路内的条状导电板，条状导电板两端为电连接端，条状导电板中部为包覆有绝缘层的互感器装载段；

所述交流程控恒流源系统包括恒流源电路模块，经交流-直流-交流变换后输出恒流交流电，其包括AC-DC转换模块、DC-AC全桥逆变电路、滤波电路以及单片机控制单元，单片机控制单元输出控制DC-AC全桥逆变电路的两路互补的脉宽调制驱动信号，单片机控制单元对两路脉宽调制驱动信号进行时序控制，脉宽调制驱动信号的占空比D调整范围为20％~80％，所述AC-DC转换模块输出连接DC-AC全桥逆变电路，DC-AC全桥逆变电路输出连接滤波电路的输入端；

升流变压器，升流变压器的初级线圈连接滤波电路的输出端，升流变压器的次级线圈接入检测用负载回路；

电流反馈电路模块，用于检测检测用负载回路的电流大小，包括置于检测用负载回路回路中的电流检测互感器，恒流源电路模块内设有A/D采集电路，A/D采集电路的输入端连接电流检测互感器的输出端，A/D采集电路输出连接单片机控制单元的输入接口。

2.根据权利要求1所述基于程控恒流源的互感器测试机，其特征在于：所述滤波电路的输出和升流变压器的输入之间串接有调压式自耦变压器，调压式自耦变压器对应配合有调压控制器，单片机控制单元与调压控制器通讯连接，单片机控制单元具有判断脉宽调制驱动信号的占空比D的占空比判断模块，所述上位机具有用于设定输出至负载回路中的电流值的电流值设定模块；

设所述调压式自耦变压器的初级线圈匝数为N1，调压式自耦变压器的初级电压为U1，调压式自耦变压器的初级电流为I1，调压式自耦变压器的次级线圈匝数为Nx，升流变压器的初级线圈匝数为N2，升流变压器的初级电压为U2，升流变压器的初级电流为I2，升流变压器的次级线圈匝数为N3，升流变压器的次级电压为U3，电流值设定模块设定电流为I3，检测用负载回路回路中的阻抗为R，

U3=I3*R，U2=（N2/N3）*U3，

U1=（N1/Nx）*U2=[(N1*N2)/(Nx*N3)]*(I3*R)，式中N1，N2，N3，R为定值，根据以上方程式可知U1反比Nx，

又U1∝D，可知Nx反比D，

所述单片机控制单元读取电流值设定模块的设定电流以及根据占空比判断模块的值，从而驱动调压控制器控制调压式自耦变压器的次级线圈匝数，在D<20%时，控制所述调压控制器控制调压式自耦变压器的次级线圈至低匝数，当D>80%，调压控制器控制调压式自耦变压器的次级线圈至高匝数。

3.根据权利要求2所述基于程控恒流源的互感器测试机，其特征在于：所述电流检测互感器具有多个电流档位，电流检测互感器配有选择控制电流检测互感器的电流档位的档位控制器，单片机控制单元根据电流值设定模块设定的电流值，向档位控制器输出选择控制电流检测互感器的电流档位的档位信号。

4.根据权利要求1或2或3所述基于程控恒流源的互感器测试机，其特征在于：所述互感器装载夹具还包括分别夹持固定导电板条两端的两个夹持头，夹持头电连接于检测用负载回路中，夹持头上具有可开合的夹持口，夹持头的夹持口可闭合夹持固定导电板条并接触导电连接，夹持头的夹持口可张开供导电板条自由出入。

5.根据权利要求4所述基于程控恒流源的互感器测试机，其特征在于：所述夹持头包括定夹座、活动头以及驱动活动头升降的夹持驱动装置，定夹座为固定在机架上的可导电座，活动头包括位于定夹座上方的夹持部，活动头的夹持部相对定夹座升降构成所述夹持口的开合。

6.根据权利要求5所述基于程控恒流源的互感器测试机，其特征在于：两个所述夹持头的定夹座上均设有限位挡块，所述限位挡块设于导电板条长度方向的端部一侧，限位挡块与导电板条长度方向端部限位配合。

7.根据权利要求5所述基于程控恒流源的互感器测试机，其特征在于：所述夹持驱动装置为气缸，所述活动头安装在气缸的伸缩臂上。

8.根据权利要求4所述基于程控恒流源的互感器测试机，其特征在于：所述导电板条为铜条，所述导电板条上与夹持头电接触部位的表面具有镀银层，所述夹持头上与导电板条电接触部位的表面具有镀银层。