CN108680804A

CN108680804A - 基于总线控制的交、直流电阻负载系统及控制方法

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Publication number: CN108680804A
Application number: CN201810423309.XA
Authority: CN
Inventors: 周凯; 任浩; 刘金凤; 金宁治; 王旭东
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2018-05-06
Publication date: 2018-10-19

Abstract

本发明涉及一种基于总线控制的交、直流电阻负载系统及控制方法。电阻负载箱用于电力、电信及生产厂的在线大功率UPS、开关电源及发电机性能检测、老化等场合，这些待测设备存在交流输出也存在直流输出，因此设计一套交、直流模式于一体的电阻负载箱来进行长时间带负载运行是十分必要的。本发明组成包括：电阻负载箱（5），电阻负载箱左侧通过导线与负载电阻控制装置（4）连接，负载电阻控制装置通过CAN总线（3）与CAN分析仪（2）连接，CAN分析仪通过USB接口与计算机（1）连接，电阻负载箱右侧通过直流或交流动力电缆（6）与电压、电流传感器（7）连接，电压、电流传感器通过导线与被测装置（8）连接。本发明基于总线控制的交、直流电阻负载系统。

Description

基于总线控制的交、直流电阻负载系统及控制方法

技术领域：

本发明涉及一种基于总线控制的交、直流电阻负载系统及控制方法。

背景技术：

电阻负载箱主要用于电力、电信等部门及生产厂家的在线大功率UPS、逆变器、开关电源及发电机的性能检测、老化等场合，这些待测设备即存在交流输出也存在直流输出，因此设计一套交、直流模式于一体的电阻负载箱来进行长时间带负载运行是十分必要的。本专利所设计的电阻负载箱发热元件为干式电阻丝，采取分段式加载，冷却方式为风冷，交、直流运行模式可根据待测设备输出特性而定，功率可根据需要自行设定，增加与减小负载可由测试人员通过上位机进行设置，该负载箱集成智能控制系统，可进行缺相、过欠压等保护设定，一旦负载箱检测的参数超出阈值，负载箱将发出报警声并自动停机保护，整体负载箱系统基于总线控制模式设计，所有操作均由计算机完成，能够实时监测电压、电流，实时计算发电装置输出功率，操作简单，维护方便，为中、大功率交、直流电源设备提供了科学的检测手段。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于总线控制的交、直流电阻负载系统及控制方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于总线控制的交、直流电阻负载系统，其组成包括：电阻负载箱，所述的电阻负载箱左侧通过导线与负载电阻控制装置连接，所述的负载电阻控制装置通过CAN总线与CAN分析仪连接，所述的CAN分析仪通过USB接口与计算机连接，所述的电阻负载箱右侧通过直流或交流动力电缆与电压、电流传感器连接，所述的电压、电流传感器通过导线与被测装置连接。

所述的基于总线控制的交、直流电阻负载系统，所述的电阻负载箱内具有48根大功率的电阻丝R₁-R₄₈，其中每16根采取串、并联形式，构成三相交流输入所需的三相均衡负载，14组交流接触器，其中S₁、S₁₀、S₁₁、S₁₂、S₁₃、S₁₄为独立接触器，用来实现交、直流功能切换以及电阻间的串、并联，为了使三相模式下负载均衡，交流接触器S₂-S₉同时使用3组触点，以S₂为例，S_{2_1}、S_{2_2}、S_{2_3}为同一接触器的3组触点，该3组触点同时吸合或者断开。

所述的基于总线控制的交、直流电阻负载系统，所述的电阻丝采用T型网络连接模式，水平方向电阻阻值均设为a，垂直方向电阻阻值均设为2a，即两者为二倍关系。

所述的基于总线控制的交、直流电阻负载系统，所述的电阻负载箱内部分别安装有一组风扇、温度传感器，所述的电阻负载箱前端底部分别安装有直流输入端、交流输入端，所述的电阻负载箱侧面安装有报警器。

一种基于总线控制的交、直流电阻负载系统及控制方法，该方法包括如下步骤：首先是将计算机、CAN分析仪、负载电阻控制装置、电阻负载箱以及被测装置安装在台架上，控制系统采用CAN通信方式，CAN分析仪通过USB接口与计算机相连，实现总线双向数据传输，接收计算机指令，同时将采集到的电阻负载箱数据上传至计算机，并在上位机界面上显示，所述的负载电阻控制装置内部包括电源，核心控制部件为单片机，接触器控制装置，单片机能够将电压、电流、电阻负载箱内部温度的模拟信号通过模拟/数字转换模块转变为数字信号，单片机能够通过上位机指令设定交、直流模式并调节负载电阻阻值，当检测的参数超出阈值时，系统能够将负载电阻设定为开路，同时向报警器发送指令触发报警，单片机的CAN通信接口与CAN分析仪相连，与上位机双向通信。

有益效果：

1.本发明是基于总线控制的电阻负载系统，该结构采用自动控制方式，利用

虚拟仪器软件LabVIEW为平台设计上位机界面，上位机界面主要能够完成以下几个任务，实时显示被测装置的电压、电流及温度；能够实现负载电阻交、直流模式的切换；增大与减小负载电阻值；能够在故障状态下转为开路模式，能够自动触发报警；实时显示CAN总线传输的数据信息；能够以图、表等形式存储数据；电阻丝T型网络的设计可使其具备粗调与微调模式。

本发明设计的电阻负载箱发热元件为干式电阻丝，采取分段式加载，冷却方式为风冷，交、直流运行模式可根据待测设备输出特性而定，功率可根据需要自行设定，增加与减小负载可由测试人员通过上位机进行设置，该负载箱集成智能控制系统，可进行缺相、过欠压等保护设定，一旦负载箱检测的参数超出阈值，负载箱将发出报警声并自动停机保护。

本发明的整体负载箱系统基于总线控制模式设计，所有操作均由计算机完成，能够实时监测电压、电流，实时计算发电装置输出功率，操作简单，维护方便，为中、大功率交、直流电源设备提供了科学的检测手段。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明的CAN总线结构图。

附图3是本发明的电阻丝连接方式图。

附图4是本发明的电阻值的变化曲线图。

具体实施方式：

实施例1：

一种基于总线控制的交、直流电阻负载系统，其组成包括：电阻负载箱5，所述的电阻负载箱左侧通过导线与负载电阻控制装置4连接，所述的负载电阻控制装置通过CAN总线3与CAN分析仪2连接，所述的CAN分析仪通过USB接口与计算机1连接，所述的电阻负载箱右侧通过直流或交流动力电缆6与电压、电流传感器7连接，所述的电压、电流传感器通过导线与被测装置8连接。

实施例2：

根据实施例1所述的基于总线控制的交、直流电阻负载系统，所述的电阻负载箱内具有48根大功率的电阻丝R₁-R₄₈，其中每16根采取串、并联形式，构成三相交流输入所需的三相均衡负载，14组交流接触器11，其中S₁、S₁₀、S₁₁、S₁₂、S₁₃、S₁₄为独立接触器，用来实现交、直流功能切换以及电阻间的串、并联，为了使三相模式下负载均衡，交流接触器S₂-S₉同时使用3组触点，以S₂为例，S_{2_1}、S_{2_2}、S_{2_3}为同一接触器的3组触点，该3组触点同时吸合或者断开。

实施例3：

根据实施例1或2所述的基于总线控制的交、直流电阻负载系统，所述的电阻丝采用T型网络连接模式，水平方向电阻阻值均设为a，垂直方向电阻阻值均设为2a，即两者为二倍关系；可将S2-S9的开关状态用“0”和“1”来表示，断开为0，吸合为1，则S2-S9的开关状态可以用从00000000到11111111中的任意一组二进制数来表示，由此可知T型网络中负载可以有2⁸=256种阻值；

T型网络阻值的计算方法如下所示：

1、以U相为例，假设此时S₂-S₉的开关状态为11111111，即S₂-S₉开关均吸合，电阻阻值的计算可以从T型网络的最右侧推导，R₁₅与R₁₆并联，并联后阻值为：

而后与R₇串联，串联后阻值为2a，然后与R₁₄并联阻值又变为a，如此下去最终的阻值为a。

、以U相为例，假设此时S₂-S₉的开关状态为00000000，U相电阻等于R₁-R₇与R₁₆串联后的阻值：

3、以U相为例，假设此时S₂-S₉的开关状态为00000011，U相电阻等于R₁₅与R₁₆并联，而后与R₇串联，再与R₁₄并联，最后与R₁-R₆串联，其阻值为：

由此可以进一步得出，每一相的256种阻值，其范围均在a-9a内，阻值的变化曲线如附图4所示，阻值近似呈指数形式变化，阻值越大，被测设备在输出电压相同的情况下，电流越小，即输出功率越小，因此小功率测试时阻值的变化趋势较为陡峭(纵轴9-3范围内)，为粗调模式；阻值越小，被测设备在输出电压相同的情况下，电流越大，即输出功率越大，此时必须采取微调模式，阻值变化需缓慢(纵轴3-1范围内)，防止阶跃的大电流对设备造成损坏。

交、直流模式及负载阻值的增减可通过如下方式实现：

1、交流输入模式。

断开S₁、S₁₀、S₁₁、S₁₂，吸合S₁₃、S₁₄，此时U、V、W构成三相交流负载输入端，电阻负载末端构成星形连接，O为星点。通过调整S₂-S₉的开关状态可以增加或减小负载。负载阻值范围为a-9a。

、直流输入模式。

、吸合S₁、S₁₁、S₁₃、S₁₄，断开S₁₀、S₁₂，此时三相负载并联，DC+、DC-构成直流负载输入端，通过调整S₂-S₉的开关状态可以增加或减小负载。负载阻值范围为a/3-3a。

、吸合S₁、S₁₃、S₁₂，断开S₁₀、S₁₁、S₁₄，此时三相负载中的U、V两相并联后与W相串联，通过调整S₂-S₉的开关状态可以增加或减小负载。负载阻值范围为1.5a-13.5a。

、断开S₁、S₁₁、S₁₃、S₁₄，吸合S₁₀、S₁₂，此时三相负载U、V、W串联，通过调整S₂-S₉的开关状态可以增加或减小负载。负载阻值范围为3a-27a。

实施例4：

根据实施例1或2或3所述的基于总线控制的交、直流电阻负载系统，所述的电阻负载箱内部分别安装有一组风扇9、温度传感器，所述的电阻负载箱前端底部分别安装有直流输入端12、交流输入端13，所述的电阻负载箱侧面安装有报警器11。

实施例5：

一种利用实施例1或2所述的基于总线控制的交、直流电阻负载系统的控制方法，本方法是：首先是将计算机、CAN分析仪、负载电阻控制装置、电阻负载箱以及被测装置安装在台架上，控制系统采用CAN通信方式，CAN分析仪通过USB接口与计算机相连，实现总线双向数据传输，接收计算机指令，同时将采集到的电阻负载箱数据上传至计算机，并在上位机界面上显示，所述的负载电阻控制装置内部包括电源，核心控制部件为单片机，接触器控制装置，单片机能够将电压、电流、电阻负载箱内部温度的模拟信号通过模拟/数字转换模块转变为数字信号，单片机能够通过上位机指令设定交、直流模式并调节负载电阻阻值，当检测的参数超出阈值时，系统能够将负载电阻设定为开路，同时向报警器发送指令触发报警，单片机的CAN通信接口与CAN分析仪相连，与上位机双向通信。

Claims

1.一种基于总线控制的交、直流电阻负载系统，其组成包括：电阻负载箱，其特征是：所述的电阻负载箱左侧通过导线与负载电阻控制装置连接，所述的负载电阻控制装置通过CAN总线与CAN分析仪连接，所述的CAN分析仪通过USB接口与计算机连接，所述的电阻负载箱右侧通过直流或交流动力电缆与电压、电流传感器连接，所述的电压、电流传感器通过导线与被测装置连接。

2.根据权利要求1所述的基于总线控制的交、直流电阻负载系统，其特征是：所述的电阻负载箱内具有48根大功率的电阻丝R₁-R₄₈，其中每16根采取串、并联形式，构成三相交流输入所需的三相均衡负载，14组交流接触器，其中S₁、S₁₀、S₁₁、S₁₂、S₁₃、S₁₄为独立接触器，用来实现交、直流功能切换以及电阻间的串、并联，为了使三相模式下负载均衡，交流接触器S₂-S₉同时使用3组触点，以S₂为例，S_{2_1}、S_{2_2}、S_{2_3}为同一接触器的3组触点，该3组触点同时吸合或者断开。

3.根据权利要求2所述的基于总线控制的交、直流电阻负载系统，其特征是：所述的电阻丝采用T型网络连接模式，水平方向电阻阻值均设为a，垂直方向电阻阻值均设为2a，即两者为二倍关系。

4.根据权利要求2或3所述的基于总线控制的交、直流电阻负载系统，其特征是：所述的电阻负载箱内部分别安装有一组风扇、温度传感器，所述的电阻负载箱前端底部分别安装有直流输入端、交流输入端，所述的电阻负载箱侧面安装有报警器。

5.一种利用权利要求1-4之一所述的基于总线控制的交、直流电阻负载系统的控制方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

首先是将计算机、CAN分析仪、负载电阻控制装置、电阻负载箱以及被测装置安装在台架上，控制系统采用CAN通信方式，CAN分析仪通过USB接口与计算机相连，实现总线双向数据传输，接收计算机指令，同时将采集到的电阻负载箱数据上传至计算机，并在上位机界面上显示，所述的负载电阻控制装置内部包括电源，核心控制部件为单片机，接触器控制装置，单片机能够将电压、电流、电阻负载箱内部温度的模拟信号通过模拟/数字转换模块转变为数字信号，单片机能够通过上位机指令设定交、直流模式并调节负载电阻阻值，当检测的参数超出阈值时，系统能够将负载电阻设定为开路，同时向报警器发送指令触发报警，单片机的CAN通信接口与CAN分析仪相连，与上位机双向通信。