CN108152725B - 一种电气开关脱扣性能试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电气开关脱扣性能试验装置，包括：主控电路、调压器、多路降压电路、输出变压器和多路电流互感器；调压器的输入端用于接收外部交流电，调压器的输出端与多路降压电路的多路输入端相连；多路降压电路的多路输出端与输出变压器的输入端相连，输出变压器的输出端用于输出试验电源；输出变压器的输出端与多路电流互感器的输入端相连，多路电流互感器的多路输出分别与主动电路的输入端相连；主控电路的输出端与调压器的控制端相连；多路降压电路和多路电流互感器选择一路导通。该装置利用多路多档的降压电路以及对输出回路电流采样，实现输出高精度电流。

Description

一种电气开关脱扣性能试验装置

技术领域

本发明涉及性能测试技术领域，特别涉及一种电气开关脱扣性能试验装置。

背景技术

电气开关承担着正常负荷情况下能正常关合与承载，异常或者过载情况下能按照约定时间断开回路，若因电气开关故障而带来的损害往往是极其严重的，有可能会造成极大的人身或财产损失，因此电气开关可靠性与安全性是非常重要的。

GB 10963.1中关于脱扣性能指标的试验标准如下：

1)从冷态开始，对所有极通以等于1.13In的电流(约定不脱扣电流)至约定时间，电气开关不应脱扣。

2)然后再5s内把电流稳定的升至1.45In(约定脱扣电流)，电气开关应在约定的时间内脱扣。

3)从冷态开始，对所有极通以等于2.55In的电流，断开时间应不小于1s也不大于120s(额定电流大于32A)。

电气开关应在约定时间内满足脱扣与不脱扣特性。

目前市场上用于电气开关脱扣性能试验测试的装置，较多的是采用数码管或者液晶操控系统，电流调节往往通过人工旋转调节，整个试验过程需要较多的人工干预，且输出精度不高。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电气开关脱扣性能试验装置，从而克服现有电气开关脱扣性能试验装置精度较低的缺陷。

本发明实施例提供的一种一种电气开关脱扣性能试验装置，包括：主控电路、调压器、多路降压电路、输出变压器和多路电流互感器；所述调压器的输入端用于接收外部交流电，所述调压器的输出端与所述多路降压电路的多路输入端相连；所述多路降压电路的多路输出端与所述输出变压器的输入端相连，所述输出变压器的输出端用于输出试验电源；所述输出变压器的输出端与所述多路电流互感器的输入端相连，多路电流互感器的多路输出分别与所述主动电路的输入端相连；所述主控电路的输出端与所述调压器的控制端相连；所述多路降压电路和所述多路电流互感器选择一路导通。

在一种可能的实现方式中，所述多路降压电路包括第一降压变压器、第二降压变压器、第一开关、第二开关和第三开关；所述第一降压变压器的初级线圈与所述调压器的输出端相连，所述第一降压变压器的次级线圈通过所述第一开关与所述输出变压器的输入端相连；所述第二降压变压器的初级线圈与所述调压器的输出端相连，所述第二降压变压器的次级线圈通过所述第二开关与所述输出变压器的输入端相连；所述调压器的输出端通过所述第三开关与输出变压器的输入端相连。

在一种可能的实现方式中，所述第一降压变压器的电压比为N:1，所述第二降压变压器的电压比为N²:1。

在一种可能的实现方式中，所述多路电流互感器包括多个不同量程的电流互感器，且每一路通路设有一个电流互感器。

在一种可能的实现方式中，所述电流互感器的数量为3，且三个电流互感器的量程分别为0～M、0～M²、0～M³。

在一种可能的实现方式中，该电气开关脱扣性能试验装置还包括：用于采集试验装置运行状态信息的保护电路；所述保护电路的输出端与所述主控电路的输入端相连。

在一种可能的实现方式中，所述保护电路包括：温度传感器、输入电压采集电路和限位保护电路；用于采集环境温度的所述温度传感器与所述主控电路的输入端相连；用于采集外部交流电电压的输入电压采集电路与所述主控电路的输入端相连；用于采集所述调压器的限位开关的限位信号的限位保护电路与所述主控电路的输入端相连。

本发明实施例提供的一种电气开关脱扣性能试验装置，通过多路降压电路可以提高调压输出的精度，即提高输出电压的精度，尤其是对于低压输出，从而使得输出电流精度也随之提高；利用多路多档的降压电路以及对输出回路电流采样，实现输出高精度电流。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中电气开关脱扣性能试验装置的第一结构图；

图2为本发明实施例中电气开关脱扣性能试验装置的部分结构示意图；

图3为本发明实施例中PLC输入接口的结构图；

图4为本发明实施例中PLC输出接口的结构图；

图5为本发明实施例中电气开关脱扣性能试验装置的第二结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

根据本发明实施例，提供了一种电气开关脱扣性能试验装置，图1为电气开关脱扣性能试验装置的结构图，具体包括：主控电路10、调压器20、多路降压电路30、输出变压器40和多路电流互感器50。

其中，调压器20的输入端用于接收外部交流电，调压器20的输出端与多路降压电路30的多路输入端相连；调压器20用于对接收到的交流电进行调压，并将调整后的电压发送至多路降压电路。多路降压电路30的多路输出端与输出变压器40的输入端相连，输出变压器40的输出端用于输出试验电源。多路降压电路具有多路通道，每路通道设有一个特定的电压比，将接收到的电压进行进一步降压，并将降压后的电压传输至输出变压器；同时，多路降压电路以择一的方式工作，即只有一路导通。

输出变压器40的输出端与多路电流互感器50的输入端相连，多路电流互感器50的多路输出分别与主动电路的输入端相连；主控电路10的输出端与调压器20的控制端相连；同样的，多路电流互感器50也只选择一路导通。主控电路10用于根据多路电流互感器采集到的输出电流确定是否需要对调压器进行调整，并在需要调整时对调压器发送调节信号，从而以反馈的方式保证输出电流的精准度。

本发明实施例提供的一种电气开关脱扣性能试验装置，通过多路降压电路可以提高调压输出的精度，即提高输出电压的精度，尤其是对于低压输出，从而使得输出电流精度也随之提高；利用多路多档的降压电路以及对输出回路电流采样，实现输出高精度电流。

在上述实施例的基础上，参见图2所示，多路降压电路30包括第一降压变压器BYQ1、第二降压变压器BYQ3、第一开关J201、第二开关J202和第三开关(图2中第三开关包括JDQ1和JDQ2)。图2中未示出反馈回路，且TYQ表示调压器，BYQ2表示输出变压器。

具体的，第一降压变压器BYQ1的初级线圈与调压器20的输出端相连，第一降压变压器BYQ1的次级线圈通过第一开关J201与输出变压器40的输入端相连；第二降压变压器BYQ3的初级线圈与调压器20的输出端相连，第二降压变压器BYQ3的次级线圈通过第二开关J202与输出变压器40的输入端相连；调压器20的输出端通过第三开关与输出变压器40的输入端相连。

本发明实施例中，通过三个开关来控制多路降压电路的导通状态，即第一开关、第二开关和第三开关同时最多只有一个开关为闭合状态，其余两个开关均为断开状态。每路降压电路设有不同的电压比，具体的，第一降压变压器BYQ1的电压比为N:1，第二降压变压器BYQ3的电压比为N²:1；第三开关由于没有设置降压变压器，故此路电路的电压比为1:1。图2中以N为10为例，即BYQ1为220V～22V的变压器，BYQ3为220V～2.2V的变压器。

本发明实施例中，第一开关、第二开关和第三开关均通过主控电路进行控制。具体的，每个开关均为继电器，主控电路通过是否为继电器线圈提供12V电源来控制开关的通断。其中，二极管D201、D202、D1和D2均未续流二极管，通过与继电器线圈串联组成回路，是的继电器线圈可以正常得电工作。同时，由于第三开关对应的回路为调压器与输出变压器直接相连，为了避免多路降压器被短接，故需要两个开关(即JDQ1和JDQ2)组成第三开关。

本发明实施例通过对输出电压进行分档实现保证大电流与小电流输出同时有较高的精度。比如，输出变压器的输出电流为1000A时对应调压器上的输出电压为200V，那么1A对应调压器的电压应该约为200/1000＝0.2V输出，而调压器输出0.2V是几乎不可能的，即使能输出，误差也非常大。本发明实施例对调压器的输出进行了三档切换：输出电流为1～10A档利用220V～2.2V的BYQ3进行降压，11～100A利用220V～22V的BYQ1进行降压，101～1000A则直接进入下一级的输出变压器。通过分档后，相当于1～10A输出精度提高100倍，11～100A档输出精度提高十倍；由于输出负载是一样的，因此，在不考虑输出其他因素影响情况下，输出三档电流所对应的电动调压器调压的范围是一样的。

通过切换三档回路后，为达到输出要求，最后一级需经过一个大功率的BYQ2降压变压器进行降压，从而实现设定的0～1000A的电流输出。由于输出电流要达到1000A，在典型电气开关负载情况下，形成1000A输出电流的情况下输出电压约为5V左右，因此回路中的调压器与变压器的容量至少在1000A*5V＝5000VA以上，考虑到设计余量，本发明实施例中的调压器与输出的大功率降压变压器选用功率为10kVA。

在上述实施例的基础上，主控电路采用可编程逻辑控制器PLC实现，具有与触摸屏通信、外部开关信号输入输出、模拟量数字量转换以及异常信号采集等功能。

PLC与触摸屏通过RS232连接，触摸屏内置PLC的通信驱动程序，定时访问PLC的寄存器，同时将信号实时传输到PLC中，PLC根据接收到的信号产生相应的动作。PLC提供数十点通用输入输出接口，用来接收外部开关信号以及控制外部电路的通断。PLC通过定期扫描输入接口来判定是否有外部信号输入，本实施例中主要用来接收外部的按键信号、紧急停止信号、限位信号等一些输入信号。图3为PLC通用输入接口电路图。

PLC通用输出接口一般分晶体管输出与继电器输出，基于开关导通的速度要求，本方案选用的是晶体管输出型的PLC，晶体管输出主要分为源型输出与漏型输出。图4为PLC通用输出接口电路示意图。本发明实施例中，调压器具体为电动调压器，PLC通过切换继电器改变电机主副绕组的位置来实现电机的正反转，从而调节输出工频电压；具体的，PLC的输出控制电机正反转、输出回路切换、档位选择以及采样信号切换。

回路中电流分档采样后，转换成模拟电压信号，然后通过档位切换将采样的模拟电压信号输入到PLC模拟量输入端口，同时PLC将输入的模拟量转换成对应的数字量按照比例关系与设定的电流大小进行比较，确定是否要调整调压器。

在上述实施例的基础上，多路电流互感器50包括多个不同量程的电流互感器，且每一路通路设有一个电流互感器。具体的，多路电流互感器的路数与多路降压电路的路数相同，即一路降压电路对应一路电流互感器。本发明实施例与图2所示实施例相对应，电流互感器的数量为3，且三个电流互感器的量程分别为0～M、0～M²、0～M³。

具体的，本发明实施例提供的电气开关脱扣性能试验装置可以输出1～1000A的电流，电流跨度大。该装置采用了高精度电流互感器，由于输出电流为0～1000A，为了使输出精度达到要求，本试验装置的电流采样也采用了3档切换，用三种量程的电流互感器对输出采样，分别为0～10A、0～100A以及0～1000A，对应的输出模拟量都为0～10V，因此避免了使用一个电流互感器而带来的较小电流采样误差较大，从而造成的输出电流不准确。在PLC中，通过对设定电流分档让对应量程的电流互感器工作，然后采样到的模拟电压信号经过对应的转换关系来进行输出调整。

在上述实施例的基础上，参见图5所示，还包括：用于采集试验装置运行状态信息的保护电路60；保护电路60的输出端与主控电路10的输入端相连。该保护电路60用于采集该电气开关脱扣性能试验装置的运行状态参数(比如温度、输入电压、输出电流等)，并将该运行状态参数发送至主控电路，主控电路根据该运行状态参数判断试验装置运行是否正常，在不正常时执行相对应的保护措施。

具体的，该保护电路包括：温度传感器、输入电压采集电路和限位保护电路；用于采集环境温度的温度传感器与主控电路10的输入端相连；用于采集外部交流电电压的输入电压采集电路与主控电路10的输入端相连；用于采集调压器20的限位开关的限位信号的限位保护电路与主控电路10的输入端相连。

作为一台全自动调节、全自动运行的大电流测试设备，整个系统的安全性以及可靠性一直是最优先考虑的。为了防止系统故障或其他外部因素导致设备故障，该装置内部设计了多处防护单元，PLC实时监控防护单元是否有异常信号或者某些传感器信号是否已经超过设定的安全范围。

具体的，通过温度传感器实现温度异常保护，防止设备线路故障或者外部环境而导致箱体内温度过高。通过输入电压采集电路实现输入电压异常保护，用于确定输入电压是否在正常的限定范围之内，防止输入电压过高或者过低而给设备带来的损伤。PLC通过采集输出电路实现输出电流异常保护，防止系统出现意外而导致输出电流过大而超出系统所能承载的电流大小。通过限位保护电路实现限位开关保护，主要防止电动调压器在调压的过程中由于机械故障而导致电机堵转。同时，在系统外部还可以配备紧急停止按钮，用户在试验过程中出现任何异常可通过按下紧急停止按钮来关闭系统。

本发明实施例提供的电气开关脱扣性能试验装置能够实现1A～1000A内任意电流值的输出，跨度大，精度高，并且实现无缝对接，无断点。

具体的，在输出电流端加入反馈回路，采用高精度的多级电流互感器实时监控电流变化，并通过对输出电流采样进行分档，分别采用1:1、10:1以及100:1的电流互感器切换，使反馈的电流信号的精度大为提高，可以使输出电流精度达到1％以内。同时互感器随时监控输出电流的细微变化，若因负载原因或者其他因素导致输出电路有波动时(超过5％设定的电流)，系统会自动调整使输出电流继续维持在较高的精度范围之内。

调压器由于自身的结构原因会导致输出精度不高，尤其是在低压部分，因此在设定输入电流的大小的时候对调压输出进行1:1、10:1以及100:1的分档切换，这样会对输出电压精度分别提高10倍与100倍，输出电流精度也会随之提高。

整台设备内部放置多处传感器单元以及数据采集单元，PLC会根据接收到的传感器信号或者数据信号对异常情况下的状态进行判断，在显示故障现象的同时还会对用户进行提示，完成后续操作，对仪器的所产生的故障以及被测品的状态分析都会有比较精准的判断。

如上所述，输出工频电流是通过调压器调压以及变压器降压所产生的，因此改变输出电流的话需要转动调压器，而调压器的转动速度是固定的，若常规的设备从较小的电流切换到较大的电流的时候势必需要很长时间，而本台设备通过电压分档可以在跨度较大的情况下快速到达输出点。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (3)

1.一种电气开关脱扣性能试验装置，其特征在于，包括：主控电路、调压器、多路降压电路、输出变压器和多路电流互感器；

所述调压器的输入端用于接收外部交流电，所述调压器的输出端与所述多路降压电路的多路输入端相连；所述多路降压电路的多路输出端与所述输出变压器的输入端相连，所述输出变压器的输出端用于输出试验电源；

所述输出变压器的输出端与所述多路电流互感器的输入端相连，多路电流互感器的多路输出分别与所述主控电路的输入端相连；所述主控电路的输出端与所述调压器的控制端相连；以及

所述多路降压电路和所述多路电流互感器均选择一路导通，

其中，所述多路降压电路包括第一降压变压器、第二降压变压器、第一开关、第二开关和第三开关；

所述第一降压变压器的初级线圈与所述调压器的输出端相连，所述第一降压变压器的次级线圈通过所述第一开关与所述输出变压器的输入端相连；

所述第二降压变压器的初级线圈与所述调压器的输出端相连，所述第二降压变压器的次级线圈通过所述第二开关与所述输出变压器的输入端相连；

所述调压器的输出端通过所述第三开关与输出变压器的输入端相连；以及

所述第一降压变压器的电压比为N:1，所述第二降压变压器的电压比为N²:1，所述主控电路通过控制所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关的通断来控制所述多路降压电路的导通状态，所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关同时最多只有一个开关为闭合状态，其余两个开关均为断开状态，

其中，所述多路电流互感器包括多个不同量程的电流互感器，且每一路通路设有一个电流互感器，所述电流互感器的数量为3，且三个电流互感器的量程分别为0～M、0～M²、0～M³。

2.根据权利要求1所述的电气开关脱扣性能试验装置，其特征在于，还包括：用于采集试验装置运行状态信息的保护电路；

所述保护电路的输出端与所述主控电路的输入端相连。

3.根据权利要求2所述的电气开关脱扣性能试验装置，其特征在于，所述保护电路包括：温度传感器、输入电压采集电路和限位保护电路；

用于采集环境温度的所述温度传感器与所述主控电路的输入端相连；

用于采集外部交流电电压的输入电压采集电路与所述主控电路的输入端相连；

用于采集所述调压器的限位开关的限位信号的限位保护电路与所述主控电路的输入端相连。

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