CN106772017A - 继电器动作功率自动测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种继电器动作功率自动测量仪，该自动测量仪设置有控制面板，在控制面板上设置有四个接线端子以及按键，箱体内箱体内安装有电路板，在电路板上安装有程控电源模块、单片机控制器，在电路板上还设置有消抖电路，单片机控制器通过串口与程控电源模块互连，控制面板上的第一个和第二个接线端子与程控电源模块连接，作为的直流电压输出口，用于连接被测继电器的线圈，消抖电路的输出端连接单片机控制器，消抖电路的输入端连接第三个和第四个接线端子，用于连接被测继电器的常开触点，反馈被测继电器的动作信息，按键通过导线与单片机控制器连接。本发明能满足二次回路各种中间继电器和出口跳闸继电器的要求。

Description

继电器动作功率自动测量仪

技术领域

本发明属于继电保护仪器仪表领域，尤其是一种继电器动作功率自动测量仪。

背景技术

在《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点》以及《南方电网继电保护通用技术规范》(Q/CSG110010-2011)中，均要求跳闸出口继电器的起动电压在直流额定电压的55％-70％之间。对于动作功率较大的中间继电器，例如功率在5W以上的中间继电器。为了快速动作的需要，则允许其动作电压略低于额定电压的50％，此时必须保证继电器线圈的接线端子有足够的绝缘强度。

在电力系统实际应用中，用于变压器、电抗器瓦斯保护动作的中间继电器，因其连线长，电缆电容大，为避免电源正极接地误动作，应采用较大起动功率的中间继电器(动作功率不小于5W)，但不要求快速动作。

因此在电力系统的定期检验和工程验收过程中，都需要对二次回路中的重要出口继电器进行动作电压和动作功率的实地测试，以保证电力系统的稳定运行。

传统的继电器动作功率测试均采用继电保护测试仪进行检测。由于每台断路器设计的中间继电器较多，并且继电保护测试仪质量大，体积大，笨重且不便移动，并且其接线复杂，因此导致测试工作效率低下，往往需要多个人员加班测试才能够完成任务。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种结构合理、安全可靠、运行稳定、经济耐用的继电器动作功率自动测量仪。

本发明采用的技术方案是：

一种继电器动作功率自动测量仪，该自动测量仪设置有控制面板，在控制面板上设置有四个接线端子以及按键，箱体内箱体内安装有电路板，在电路板上安装有电源模块、单片机控制器，在电路板上还设置有消抖电路，单片机控制器通过其内部的DA端口和DA端口与程控电源模块互连，控制面板上的第一个和第二个接线端子与电源模块连接，作为直流电压输出口，用于连接被测继电器的线圈，消抖电路的输出端连接单片机控制器，消抖电路的输入端连接第三个和第四个接线端子，用于连接被测继电器的常开触点，反馈被测继电器的动作信息，按键通过导线与单片机控制器连接。

而且，所述自动测量仪为箱式结构，所述控制面板设置在箱体上。

而且，在所述控制面板上还设置有液晶显示屏和两个指示灯，液晶显示器连接到单片机控制器的IO口，两个指示灯均与单片机控制器连接，其中一个指示灯用于指示单片机控制器电源接通，另一个指示灯用于指示单片机控制器运行状态。

而且，所述控制面板上设置有扬声器，在箱体上设置有麦克风，在箱体内的电路板上设置有与扬声器和麦克风连接的语言交互模块，语言交互模块通过串口与单片机控制器电源互联。

而且，所述电源模块的输入端与STM32单片机的DA输出端接口相连，其输入电压范围为0-3V，电源模块的反馈端与STM32单片机的AD输入接口相连。

而且，所述电源模块包括电源预处理子模块和开关稳压子模块。

而且，所述电源预处理子模块采用二极管桥式整流电路并通过大容量电容滤波。

而且，所述开关稳压子模块采用高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片UC3842作为核心控制器件。

而且，所述消抖电路采用集成运算放大器搭建的有源低通滤波器，所述消抖电路的输出口连接到单片机控制器的外部中断IO端口。

而且，所述继电器动作功率自动测量仪的使用方法步骤是：

a.在使用时，通过鳄鱼夹将被测继电器的线圈连接在第一个接线端子和第二个接线端子上，将被测继电器的常开触点连接在第三个接线端子和第四个接线端子上；

b.连接完毕后，开始测量，单片机控制器通过DA模块控制电源模块输出电压，初始状态输出0V；

c.此时通过AD模块读取电源模块的实时电压，当其电压大于250V时，说明此时并未检测到继电器或者继电器工作不正常，此时提示出错，请检查继电器连接。当其电压不大于250V时，跳到d步；

d.输出电压增加1V；

e.读取继电器常开触点，判断其是否闭合，倘若不闭合，则跳回到c步骤。倘若检测到其闭合，则读取此时电源模块输出电压，将此电压记作为被测继电器的吸合电压，读取此时的工作电流，结合吸合电压，计算出吸合功率，并显示在液晶显示屏中，并通过语音播报；

f.测试完吸合电压后，开始测量释放电压，首先读取电源模块的当前电压，判断其是否小于1V，当其小于1V时，说明电压降到1V以下仍未检测到继电器断开，提示出错，并检查继电器触点连接情况；当其不小于1V时，则跳入到g步骤；

g.程控电源模块输出电压自动减少1V；

h.读取继电器常开触点，判断其是否断开，倘若不断开，则跳回到f步骤。倘若检测到其断开，则读取此时电源输出电压，将此电压记作为被测继电器的释放电压，读取此时的工作电流，结合释放电压，计算出释放功率，并显示在液晶显示屏中，并通过语音播报；

i.接下来自动测试继电器的反应时间。STM32单片机控制器通过DA模块控制电源模块关闭电源模块的电压输出，同时瞬间将其输出电压提高到1.5倍的吸合电压，与此同时，开启定时器；

j.读取被测继电器常开触点是否闭合。倘若未闭合，则继续跳回到本步骤继续等待，当被测继电器常开触点闭合后，则说明继电器已经反应完毕，跳入到k步骤；

k.记录此时定时器的计时数值。将此值记作继电器动作反应时间，并显示出来；

l.结束。

本发明优点和积极效果为：

本发明提出了一种继电器动作功率自动测量仪，它能满足二次回路各种中间继电器和出口跳闸继电器的要求。不仅可以准确测量继电器的动作功率，甄别出动作功率不满足要求的继电器，有效避免二次回路引起的断路器误动，同时带有语音提示和语音交互，接线简单，便于携带，并且非常容易掌握。

附图说明

图1为本发明的箱体结构示意图；

图2为本发明的电路原理框图；

图3为本发明电源预处理模块的电路原理图；

图4为本发明开关稳压子模块的电路原理图；

图5为本发明的控制流程图。

具体实施方式

下面通过附图结合具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种便携式继电器动作功率自动测量仪，为使其携带便携，本发明采用200*160*120毫米箱式结构，在箱体上设置有控制面板7，其工作面板如图1所示。工作面板上设置有四个接线端子，其中第一个接线端子11和第二个接线端子10与电源模块连接，作为本发明的直流电压输出口，这两个接线端子口连接被测继电器的线圈。所述被测继电器的常开触点连接第三个接线端子9和第四个接线端子8，从而反馈被测继电器的动作信息。所述工作面板上还设置有液晶显示屏5、四个按键6、两个指示灯3和4、一个扬声器1，在箱体上设置有麦克风2，所述两个指示灯一个用于指示电源，另一个用于指示运行，按键通过导线与单片机控制器连接，用于对单片机控制器进行电路通路及调试等操作。

图2为本发明组合框图。箱体内安装有电路板，在电路板上安装有电源模块、单片机控制器，还设置有消抖电路，程控电源模块为本发明的核心部件，其采用交流220V电源，其内部通过将220V交流电通过整流、滤波、开关稳压处理，从而可输出0-220V直流可调电压。电源模块包括电源预处理子模块和开关稳压子模块。所述电源预处理子模块采用二极管桥式整流电路并通过大容量电容滤波。为了降低高次谐波和提高电源功率因数，电源预处理模块包含了基于L6562芯片的临界导电模式的boost有源功率因数校正电路，采用MOS管作为功率因数校正的执行器件。

所述单片机控制器采用意法半导体公司推出的32位处理器STM32F103RCT6，其主频为72Mhz。本发明搭建了STM32单片机的最小系统。电源模块的输入端与STM32单片机控制器的DA输出端接口相连，其输入电压范围为0-3V，线性对应于电源模块输出端的0-220V直流电压。电源模块的反馈端与单片机模块的AD输入接口相连，通过AD转换，STM32单片机控制器可以读取电源模块的实时输出电压和实时输出电流值。

被测继电器的常开触点连接到消抖电路模块，消抖电路模块的作用是消除继电器触点机械闭合时的瞬时抖动，消抖电路的截止频率是100赫兹。所述消抖电路采用集成运算放大器搭建的有源低通滤波器。所述消抖电路的输出口连接到单片机控制器的外部中断IO端口，该IO端口的电平下降沿会触发单片机程序的中断服务程序，从而使得单片机控制器能及时获取被测继电器的状态，并及时读取程控电源模块的实时电压值和电流值，从而可以通过计算获得被测直流继电器的动作功率。

所述单片机通过三极管功率放大电路驱动LED指示灯，其中一个灯是红色，用于输出电压超过36V指示，第2个指示灯是黄色，用于故障指示；第3个指示灯是绿色，用于正常运行指示。

所述液晶显示器连接到单片机控制器的IO口。为了保证刷新速度，单片机控制器的IO口为高速IO口。

所述语音交互模块为非特定语音识别模块。该模块通过串口与单片机控制器连接。语音交互模块通过SD卡存储多个音频文件，单片机控制器通过串口指令即可控制语音交互模块播放特定语音文件，从而实现语音播报。语音交互模块可设置语音识别关键字，当该模块识别当前输入语音的关键字时，语音交互模块即可通过串口向单片机控制器返回其识别结果，从而根据设定完成简单的语音交互。STM32单片机通过其USART接口与语音交互模块相连。所述语音交互模块为非特定语音识别模块，其型号为ASR-M08A。该模块通过USART串口与单片机控制器连接。语音交互模块通过SD卡存储多个音频文件，单片机控制器通过USART串口指令即可控制语音交互模块播放特定语音文件，从而实现语音播报。语音交互模块可设置语音识别关键字，当该模块识别当前输入语音的关键字时，语音交互模块即可通过USART串口向单片机控制器返回其识别结果，从而根据设定完成简单的语音交互。

见图3，电源预处理模块的输入为交流220V电源电压，输出为VOUT1和参考地GND，VOUT1的220V交流输入为220V±15％的电压信号。四个二极管D2、D3、D7、D8以及输入滤波电容C5构成了对输入电压的桥式整流滤波电路。R6和R10串联降压，从输入电压中取样，并作为L6562内部乘法器的一端输入。R2和C6组成启动复位电路，其作用是在电路上电工作时，整流后的电压通过R2对电容C6充电，此时L6562芯片的VCC端为接地状态，当C6充满电后，L6562芯片的VCC端电压为整流后输入电压，并为芯片提供电源。电感T1的原边与输出滤波电容C4组成了LC低通滤波电路。当电路正常工作后电感T1的副边存储的能量通过电阻R3与二极管D4向芯片供电。R5为输入电流的过零检测电阻，当检测到开关管7N60的电流为零时，开关管7N60的驱动电路将会发出一控制信号，使得开关管开通。图中的二极管D1是作整流使用。R1和R8作为输出取样电阻，其采样的电压信号与L6562内部的基准电压相比较，所得误差信号作为乘法器的另一端输入。R6为输入电流的取样电阻。

采用的L6562芯片是ST公司生产的有源功率因数校正专用芯片，能方便的构成宽电压输入(AC85V一265V)，低谐波含量的有源功率因数校正电源。能直接驱动MOS管，且集成了各种保护功能。由于集成度很高，它大大减少了构成系统所需的元器件，降低了损耗，提高了效率。

见图4，开关稳压子模块的核心器件为用TI公司生产的高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片UC3842，其参考电压端输出稳定的5V参考电压，R23和C19构成了RC振荡回路，提供100KHZ的振荡频率信号；采用MOS管7N60作为开关元器件。所述开关稳压子模块通过集成运算放大器OP07和光电耦合器TLP521实现开关稳压子模块的闭环反馈。电源模块的实时输出电压经电阻分压后连接到OP07的反相输入端。STM32单片机的DA输出端与集成运算放大器OP07的正相输入端相连，从而给开关稳压子模块提供基准电压。OP07的输出端连接到TLP521光耦，从而将OP07的正相反相偏差值转化为等效的电流值，并送入到UC3842的电压反馈输入端。连接到OP07反相输入端的电压值同时通过V_AD1in接口连接到STM32单片机的AD0通道，从而向STM32单片机反馈实时实际电压。所述开关稳压子模块的负极输出端串接有采样电阻R14，R14的作用是将开关稳压子模块的输出电流转化为电压I_AD1in进行反馈，STM32单片机通过其内部的AD1通道读取电压I_AD1in，从而获取开关稳压子模块的实时实际输出电流。

UC3842的输出级为图腾柱式，输出晶体管的平均电流值为200mA，最大峰值电流可达1A，因此可直接驱动开关管，也可采用隔离驱动方案。本发明采用直接驱动方案。在靠近栅极处串联一个小电阻R19以便抑制寄生振荡，取R19＝10Ω。R20是用来给栅源间的电容放电，且可防止未使用时，栅源间电容有电荷积累，造成栅源击穿，R20一般取10K，并联在R19上的反向二极管12是用来给MOS结电容放电，从而加速MOS关断。UC3842是一种电流型PWM控制芯片，它是通过电流和电压误差比较后来决定驱动方波的关断。原边电流通过R17取样，由于开关管Q2打开及变压器T2原边内部分布电容会引起原边电流有很大的上升过冲。如不消除，会引起系统振荡。故本发明采用R24、C17阻容低通滤波器，从而将高频的尖刺削掉。本发明采用UC3842作为开关电源控制芯片，基于UC3842的电流型PWM系统，其电流环是内环，电压环是外环。所述电压环的主要作用是进行稳压控制。图中R16和R26构成了输出采样电阻。取样电压与基准电压的比较误差值，经光电耦合器U4转化成等值电流值。在UC3842的8脚和1脚间加一个电容C1进行补偿。UC3842启动时为全脉宽打开，为防止启动冲击，应采用软启动电路。该启动电路由R21、R22、R23、C18和Q3组成。UC3842上电后，Q3基极为低电平，UC3842的1脚电位低于1V，因此其6脚无脉冲输出，随着UC3842的8脚通过R21、C18构成的阻容延时电路，将Q3的基极电位逐渐抬高，因此1脚逐渐恢复为高电平，从而6脚的输出脉冲缓慢打开，开关管选用7N60，其最大漏源极电流为6A，额定漏源电压为700V，整流二极管和续流二极管均采用MUR1660，额定反相电压为600V，额定电流为16A。

本发明的控制原理流程图如图5所示，其步骤可分为：

a.本发明在使用时，通过鳄鱼夹将被测继电器的线圈连接在第一个接线端子和第二个接线端子上，将被测继电器的常开触点连接在第三个接线端子和第四个接线端子上。

b.连接完毕后，使用者点击“开始测量”按钮，单片机控制器通过DA模块控制电源模块输出电压，初始状态输出0V。

c.此时通过AD模块读取电源模块的实时电压，当其电压大于250V时，说明此时并未检测到继电器或者继电器工作不正常，此时提示出错，请检查继电器连接。当其电压不大于250V时，跳到d步。

d.输出电压增加1V。

e.读取继电器常开触点，判断其是否闭合，倘若不闭合，则跳回到c步骤。倘若检测到其闭合，则读取此时电源模块输出电压，将此电压记作为被测继电器的吸合电压，读取此时的工作电流，结合吸合电压，计算出吸合功率，并显示在液晶显示屏中，并通过语音播报。

f.测试完吸合电压后，开始测量释放电压，首先读取电源模块的当前电压，判断其是否小于1V，当其小于1V时，说明电压降到1V以下仍未检测到继电器断开，提示出错，并检查继电器触点连接情况；当其不小于1V时，则跳入到g步骤。

g.程控电源模块输出电压自动减少1V。

h.读取继电器常开触点，判断其是否断开，倘若不断开，则跳回到f步骤。倘若检测到其断开，则读取此时电源输出电压，将此电压记作为被测继电器的释放电压，读取此时的工作电流，结合释放电压，计算出释放功率，并显示在液晶显示屏中，并通过语音播报。

i.接下来自动测试继电器的反应时间。STM32单片机控制器通过DA模块控制电源模块关闭电源模块的电压输出，同时瞬间将其输出电压提高到1.5倍的吸合电压，与此同时，开启定时器。

j.读取被测继电器常开触点是否闭合。倘若未闭合，则继续跳回到本步骤继续等待，当被测继电器常开触点闭合后，则说明继电器已经反应完毕。跳入到k步骤。

k.记录此时定时器的计时数值。将此值记作继电器动作反应时间，并显示出来。

l.结束。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (10)

1.一种继电器动作功率自动测量仪，其特征在于：该自动测量仪设置有控制面板，在控制面板上设置有四个接线端子以及按键，箱体内箱体内安装有电路板，在电路板上安装有电源模块、单片机控制器，在电路板上还设置有消抖电路，单片机控制器通过其内部的DA端口和DA端口与程控电源模块互连，控制面板上的第一个和第二个接线端子与电源模块连接，作为直流电压输出口，用于连接被测继电器的线圈，消抖电路的输出端连接单片机控制器，消抖电路的输入端连接第三个和第四个接线端子，用于连接被测继电器的常开触点，反馈被测继电器的动作信息，按键通过导线与单片机控制器连接。

2.根据权利要求1所述的继电器动作功率自动测量仪，其特征在于：所述自动测量仪为箱式结构，所述控制面板设置在箱体上。

3.根据权利要求1所述的继电器动作功率自动测量仪，其特征在于：在所述控制面板上还设置有液晶显示屏和两个指示灯，液晶显示器连接到单片机控制器的IO口，两个指示灯均与单片机控制器连接，其中一个指示灯用于指示单片机控制器电源接通，另一个指示灯用于指示单片机控制器运行状态。

4.根据权利要求1所述的继电器动作功率自动测量仪，其特征在于：所述控制面板上设置有扬声器，在箱体上设置有麦克风，在箱体内的电路板上设置有与扬声器和麦克风连接的语言交互模块，语言交互模块通过串口与单片机控制器电源互联。

5.根据权利要求1所述的继电器动作功率自动测量仪，其特征在于：所述电源模块的输入端与STM32单片机的DA输出端接口相连，其输入电压范围为0-3V，电源模块的反馈端与STM32单片机的AD输入接口相连。

6.根据权利要求1所述的继电器动作功率自动测量仪，其特征在于：所述电源模块包括电源预处理子模块和开关稳压子模块。

7.根据权利要求6所述的继电器动作功率自动测量仪，其特征在于：所述电源预处理子模块采用二极管桥式整流电路并通过大容量电容滤波。

8.根据权利要求6所述的继电器动作功率自动测量仪，其特征在于：所述开关稳压子模块采用高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片UC3842作为核心控制器件。

9.根据权利要求1所述的继电器动作功率自动测量仪，其特征在于：所述消抖电路采用集成运算放大器搭建的有源低通滤波器，所述消抖电路的输出口连接到单片机控制器的外部中断IO端口。

10.根据权利要求1所述的继电器动作功率自动测量仪，其特征在于：所述继电器动作功率自动测量仪的使用方法步骤是：

a.在使用时，通过鳄鱼夹将被测继电器的线圈连接在第一个接线端子和第二个接线端子上，将被测继电器的常开触点连接在第三个接线端子和第四个接线端子上；

b.连接完毕后，开始测量，单片机控制器通过DA模块控制电源模块输出电压，初始状态输出0V；

c.此时通过AD模块读取电源模块的实时电压，当其电压大于250V时，说明此时并未检测到继电器或者继电器工作不正常，此时提示出错，请检查继电器连接。当其电压不大于250V时，跳到d步；

d.输出电压增加1V；

e.读取继电器常开触点，判断其是否闭合，倘若不闭合，则跳回到c步骤。倘若检测到其闭合，则读取此时电源模块输出电压，将此电压记作为被测继电器的吸合电压，读取此时的工作电流，结合吸合电压，计算出吸合功率，并显示在液晶显示屏中，并通过语音播报；

f.测试完吸合电压后，开始测量释放电压，首先读取电源模块的当前电压，判断其是否小于1V，当其小于1V时，说明电压降到1V以下仍未检测到继电器断开，提示出错，并检查继电器触点连接情况；当其不小于1V时，则跳入到g步骤；

g.程控电源模块输出电压自动减少1V；

h.读取继电器常开触点，判断其是否断开，倘若不断开，则跳回到f步骤。倘若检测到其断开，则读取此时电源输出电压，将此电压记作为被测继电器的释放电压，读取此时的工作电流，结合释放电压，计算出释放功率，并显示在液晶显示屏中，并通过语音播报；

i.接下来自动测试继电器的反应时间。STM32单片机控制器通过DA模块控制电源模块关闭电源模块的电压输出，同时瞬间将其输出电压提高到1.5倍的吸合电压，与此同时，开启定时器；

j.读取被测继电器常开触点是否闭合。倘若未闭合，则继续跳回到本步骤继续等待，当被测继电器常开触点闭合后，则说明继电器已经反应完毕，跳入到k步骤；

k.记录此时定时器的计时数值。将此值记作继电器动作反应时间，并显示出来；

l.结束。