CN109283419A - 基于直流固态模拟负载的低压电器电寿命试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种基于直流固态模拟负载的低压电器电寿命试验装置。该装置包括测控柜和直流固态负载柜；所述的测控柜的组成包括工控机、数据采集卡、控制电路、试品电压采集模块和回路电流采集模块；所述的直流固态负载柜的组成包括试验电压控制单元、试验电流发生单元和能量回馈单元；其中，试验电压控制单元、试品、试验电流发生单元、能量回馈单元依次串联，试验电压控制单元的输入端外接电源，能量回馈单元的输出端连接试验电压控制单元的输入端；试验电压控制单元以及试验电流发生单元的串口通信端口与工控机的串口连接。本发明具有很好的通用性和灵活性。

Description

基于直流固态模拟负载的低压电器电寿命试验装置

技术领域

本发明涉及电寿命试验、电力电子领域，具体设计了基于直流固态模拟负载的低压电器电寿命试验装置，利用电力电子技术设计了直流固态模拟负载。

背景技术

在直流低压电器产品进行电寿命试验时，为模拟其实际控制的负载，通常采用电阻器来实现试验负载，这个试验负载被称为模拟负载。传统负载存在以下几个方面的问题：一是体积庞大、造价高。传统模拟负载为了满足多规格试品试验要求，增强设备通用性，电源通常采用直流电源或蓄电池串并联的方式满足电源需求，模拟负载需要设计成多段电阻来满足调节要求，即使采用优化设计，避免不了体积大，造价高的缺点，此外对于传统负载其电流调节有级性不能避免的，存在调节误差。二是能耗大。由于采用能耗型元件进行试验，有功损耗过大，尤其当装置功率等级较大时，大量的电能以热能的方式浪费掉，还可能导致试验场所温度过高，需要外加降温设备如空调、风扇等，又增加了功率损耗。

目前，低压电器电寿命试验装置如在《汽车车窗继电器电寿命实验技术》中，采用直流电源为低压电器试品提供试验电压；负载柜通过调节可调电阻，实现电流的调节，仍无法避免传统负载体积大，造价高，耗能等问题。目前暂无利用电力电子技术的直流固态模拟负载实现低压电器电寿命试验的装置，本发明利用电力电子技术，设计了基于直流固态模拟负载的低压电器电寿命试验装置。

发明内容

本发明针对低压电器电寿命试验装置中采用可调电阻模拟负载的不足，提出了一种基于电力电子技术的直流固态模拟负载，代替了电阻负载。本发明直流固态模拟负载包括试验电压控制单元、试验电流发生单元以及能量回馈单元，利用试验电压控制单元实现试验电压的调节，试验电流发生单元实现试验电流的调节，具有很好的通用性和灵活性，满足不同规格试品的试验需求，降低了试验成本及设备空间；利用能量回馈单元实现能量回馈，降低了试验用电损耗，实现节能。同时本发明设计了试品触点电压、电流采集回路，对试品触点端电压、试品触点试验电流的有效检测，实时判断试品触点动作状态，以控制在动作过程中流经试品触点的电流，更真实地模拟实际情况，同时保护试验装置；同时装置可以产生任意形状的试验电流，模拟大量程的冲击电流以及可变负载，更加契合控制实际负载，克服了传统试验电流设置单一，变化受限的缺点。

本发明解决该技术问题所采取的技术方案是：

一种基于直流固态模拟负载的低压电器电寿命试验装置，该装置包括测控柜和直流固态负载柜；

所述的测控柜的组成包括工控机、数据采集卡、控制电路、试品电压采集模块和回路电流采集模块；

其中，工控机连接数据采集卡，数据采集卡分别和控制电路、试品电压采集模块、回路电流采集模块相连；试品电压采集模块的输入端连接试品触点两端，该模块的输出端连接数据采集卡的AD输入端；回路电流采集模块的输入为试品试验电流，输出端连接数据采集卡AD输入端；控制电路的输入端连接数据采集卡I/O输出端，输出端连接试品线圈控制输入端；

所述的直流固态负载柜的组成包括试验电压控制单元、试验电流发生单元和能量回馈单元；

其中，试验电压控制单元、试品、试验电流发生单元、能量回馈单元依次串联，试验电压控制单元的输入端外接电源，能量回馈单元的输出端连接试验电压控制单元的输入端；试验电压控制单元以及试验电流发生单元的串口通信端口与工控机的串口连接。

所述的试验电压控制单元的组成包括断路器QF，单相调压器T1，交流接触器KM1，铝电解质电容C1，单相整流电路，第一控制器，第一光耦隔离驱动电路，第一电压采集模块，其中单相整流电路包括逆阻型IGBT T1、T2、T3、T4；

其中，单相整流电路中，T1的集电极连接T2的发射极，T3的集电极连接T4的发射极，T1的发射极连接T3的发射极，T2的集电极连接T4的集电极，T1的集电极为单相整流电路的交流侧输入端A，T3的集电极为单相整流电路的交流侧输入端B，T3的发射极为单相整流电路的直流侧输出端正端，T4的集电极为单相整流电路的直流侧输出端负端；电源经过断路器QF、电流传感器CT2连接单相调压器T1输入端，单相调压器T1输出端经过交流接触器KM1后连接单相整流电路的交流侧输入端；单相整流电路的直流侧正端连接铝电解质电容C1的正极，直流侧负端连接铝电解质电容C1的负极；第一电压采集模块输入端连接单相整流电路直流侧，输出端连接第一控制器电压信号输入端；第一光耦隔离驱动电路输入端连接第一控制器的PWM信号输出端，输出端连接单相整流电路驱动输入端；第一控制器的串口通信端口与工控机的串口相连。

所述的试验电流发生单元包括固态继电器SSR，功率电阻R1、R2、R3，N沟道IGBT单管Q1，电感L1、L2、L3，铝电解质电容C2，电流传感器CT1，交流接触器KM2，单相不控整流电路，第一电流采集模块，第二电压采集模块，第三电压采集模块，第一控制器，液晶屏，第一单相逆变电路，第二光耦隔离驱动电路。

其中，固态继电器SSR与电感L1并联，电感L1的一端经过电感L2连接第一单相逆变电路的A端，电感L1另一端连接功率电阻R1的一端以及经过电流传感器CT1连接试品的一端，功率电阻R1的另一端连接第一单相逆变电路的B端以及电压控制单元中单相整流电路的直流侧负端；交流接触器KM2与功率电阻R2并联，功率电阻R2的一端连接第一单相逆变电路的正端，另一端公共端连接铝电解质电容C2的正极，铝电解质电容C2的负极连接第一单相逆变电路1的负端；N沟道IGBT单管Q1与功率电阻R3串联，功率电阻R3一端连接N沟道IGBT单管Q1的发射极，另一端连接第一单相逆变电路的负端，N沟道IGBT单管Q1的集电极连接第一单相逆变电路的正端；单相不控整流电路的交流侧输入端A端经过电感L3连接试验电压控制单元的单相调压器T1的输出端的一端，单相不控整流电路的交流侧输入端B端连接试验电压控制单元的单相调压器T1的输出端的另一端；单相不控整流电路直流侧输出端正端连接第一单相逆变电路的正端，单相不控整流电路直流侧输出端负端连接第一单相逆变电路的负端；第三电压采集模块输入端连接第一单相逆变电路直流侧，输出端连接第一控制器电压信号输入端；电流传感器CT1串接在试品与功率电阻R1之间，电流传感器CT1输出端连接第一电流采集模块输入端，第一电流采集模块输出端连接第一控制器电流信号输入端；第二光耦隔离驱动电路输入端连接第一控制器的PWM信号输出端，输出端连接第一单相逆变电路驱动输入端；第二电压采集模块输入端连接试品触点两端，输出端连接第一控制器电压信号输入端；液晶屏与第一控制器相连；第一控制器的串口通信端口与工控机的串口相连。

所述能量回馈单元的组成包括电感L4，电流传感器CT2、CT3，交流接触器KM3，第二单相逆变电路，第二电流采集模块，第三电流采集模块，第二控制器，第三光耦隔离驱动电路；

其中，第二单相逆变电路交流侧A端依次经过电感L4、电流传感器CT3、交流接触器KM3以及电流传感器CT2连接单相调压器T1输入端的一端，第二单相逆变电路交流侧B端经过交流接触器KM3连接单相调压器T1输入端的另一端；第三电流采集模块输入端连接电流传感器CT3输出端，输出端连接第二控制器电流信号输入端；电流传感器CT2输出端连接第二电流采集模块输入端，第二电流采集模块输出端连接第二控制器电流信号输入端；第二光耦隔离驱动电路输入端连接第二控制器的PWM信号输出端，输出端连接第二单相逆变电路驱动输入端。

本发明的有益效果是：本发明具有很好的通用性和灵活性：

1、本发明中直流固态负载采用电力电子技术代替了传统的阻性负载，其中试验电压控制单元实现了12V-400V的试验电压调节、电流发生单元实现5A-150A的试验电流幅值连续调节，可满足不同规格试品的试验需求，同时节省了设备空间并降低了成本。

2、本发明中直流固态负载可以按照设定要求，控制实现在触点接通过程中电流的大小与形状的变化，更真实地模拟实际情况。

3、本发明中实现了试验过程中对触点端电压、回路电流等参数的有效测量。

4、本发明中直流固态负载能够实时监测试品的触点端电压、试验电流，判断试品触点动作状态，保护装置的安全。

5、本发明中利用能量回馈单元能够实现能量回馈，节约试验用电损耗，实现节能。

附图说明

图1是本发明装置的整体结构示意框图；

图2是本发明装置的直流固态负载柜电路连接图；

图3是本发明装置的测控柜控制流程图；

图4是本发明装置的直流固态负载柜控制流程图；

图5是本发明装置的放电电路控制流程图；

具体实施方式

说明书附图中，图1所示实施例表明，本发明基于直流固态模拟负载的低压电器电寿命试验装置整体结构示意框图，包括测控柜和直流固态负载柜；

所述的测控柜的组成包括工控机(1)、数据采集卡(2)、控制电路(3)、试品电压采集模块(4)、回路电流采集模块(5)。

如图1所示，测控柜各部分连接关系为：工控机(1)连接数据采集卡(2)，数据采集卡(2)分别和控制电路(3)、试品电压采集模块(4)、回路电流采集模块(5)相连；试品电压采集模块(4)的输入端连接试品触点两端，该模块的输出端连接数据采集卡(2)的AD输入端；回路电流采集模块(5)的输入为试品试验电流，输出端连接数据采集卡(2)AD输入端；控制电路(3)的输入端连接数据采集卡(2)I/O输出端，输出端连接试品线圈控制输入端。

本发明中，工控机(1)采用研华公司的610H型工控机；数据采集卡(2)采用研华公司的PCI-1712型数据采集卡。控制电路(3)采用美格尔公司的JGX-1FA型固态继电器；试品电压采集模块(4)中的电压传感器采用北京森社公司的闭环霍尔电压传感器CHV-25P/600；回路电流采集模块(5)中的电流传感器采用北京森社公司的闭环霍尔电流传感器CHB-300SF。

本发明使用LabVIEW环境，实现试验参数设置、失效参数设置、试验调试、试验运行、信号的采集与输出、数据计算处理与保存功能，其中失效参数包括触点分断端电压门限值V_max、触点闭合端压降门限值V_min、允许总失效的次数P、允许连续失效次数Q；通过数据采集卡(2)和采用固态继电器的控制电路连接，实现对试品触点闭合、分断的控制；通过数据采集卡(2)与试品电压采集模块(4)及回路电流采集模块(5)对试品触点的端电压、试验电流进行实时采集。当工控机(1)与直流固态负载柜通讯成功时，LabVIEW平台界面显示“通讯成功”，反之显示“通讯失败”；通讯成功时，LabVIEW平台对直流固态负载柜的试验次数N、试验频率F、通断占空比D、试验电压U、试验电流给定I(t)、直流母线电压门限值U_min、U_max等参数进行设置，通过工控机(1)串口将参数发送至直流固态负载柜。试验电流给定I(t)可以根据不同的要求设置大小与形状。当工作时，工控机(1)LabVIEW平台发出试品触点闭合、分断指令，试品完成相应操作，同时对试品触点端电压、试品试验电流信号通过数据采集卡(2)进行采集，工控机(1)完成采集数据的处理、存储及显示，在电寿命试验过程中会将处理后的数据与通过失效参数设置中设置的触点分断端电压门限值V_max、触点闭合端电压门限值V_min进行比较，当分断时试品端电压小于触点分断端电压门限值V_max，判断试品发生分断失效；当闭合时试品端电压大于触点闭合端电压门限值V_min，判断试品发生闭合失效，超过允许总失效次数P或者允许连续失效的次数Q，关断交流接触器KM1，停止试验。

所述的直流固态负载柜的组成包括试验电压控制单元(6)、试验电流发生单元(7)和能量回馈单元(8)。

其连接关系为：试验电压控制单元(6)、试品、试验电流发生单元(7)、能量回馈单元(8)依次串联，试验电压控制单元(6)的输入端外接电源，能量回馈单元(8)的输出端连接试验电压控制单元(6)的输入端；试验电压控制单元(6)以及试验电流发生单元(7)的串口通信端口与工控机(1)的串口连接；

所述的试验电压控制单元的组成包括断路器QF，单相调压器T1，交流接触器KM1，铝电解质电容C1，单相整流电路，第一控制器1，第一光耦隔离驱动电路1，第一电压采集模块1，其中单相整流电路包括逆阻型IGBT T1、T2、T3、T4。

各部分连接关系为：单相整流电路中，T1的集电极连接T2的发射极，T3的集电极连接T4的发射极，T1的发射极连接T3的发射极，T2的集电极连接T4的集电极，T1的集电极为单相整流电路的交流侧输入端A，T3的集电极为单相整流电路的交流侧输入端B，T3的发射极为单相整流电路的直流侧输出端正端，T4的集电极为单相整流电路的直流侧输出端负端；电源经过断路器QF经过电流传感器CT2连接单相调压器T1输入端，单相调压器T1输出端经过交流接触器KM1后连接单相整流电路的交流侧输入端；单相整流电路的直流侧正端连接铝电解质电容C1的正极，直流侧负端连接铝电解质电容C1的负极；第一电压采集模块1输入端连接单相整流电路直流侧，输出端连接第一控制器1电压信号输入端；第一光耦隔离驱动电路1输入端连接第一控制器1的PWM信号输出端，输出端连接单相整流电路驱动输入端；第一控制器1的串口通信端口与工控机的串口相连。

本发明试验电压控制单元中，电压传感器采用北京森社公司的闭环霍尔电压传感器CHV-25P/600，单相整流电路中IGBT模块采用逆阻型IGBT模块MX-RU2-600V/100A-M232，控制器1采用DSP型号为TMS320F28335。试验电压控制单元功能：控制试品试验电压。在启动试验电压控制单元(7)之前，第一控制器1与工控机(1)通过串口进行通讯，接收到试验电压U。根据试验电压U，调节单相调压器T1，闭合断路器QF以及交流接触器KM1。启动试验电压控制单元，第一控制器1根据接收到试验电压进行分析，在试验电压控制单元运行过程中，第一控制器1通过第一电压采集模块1采集单相整流电路直流侧实时电压U₀与试验电压U进行比较，当U-U₀＞U_K时，U_K为控制误差精度且U_K＝0.025U，第一控制器1通过第一光耦隔离驱动电路1控制单相整流电路中的逆阻型IGBT模块T1、T2、T3、T4导通进行整流，向铝电解质电容C1储能；当U₀-U≥U_K时，第一控制器1通过第一光耦隔离驱动电路1控制单相整流电路中的T1、T2、T3、T4关断，从而控制试品试验电压为U。

所述的试验电流发生单元7的组成包括固态继电器SSR，功率电阻R1、R2、R3，N沟道IGBT单管Q1，电感L1、L2、L3，铝电解质电容C2，电流传感器CT1，交流接触器KM2，单相不控整流电路，第一电流采集模块1，第二电压采集模块2，第三电压采集模块3，第一控制器1，液晶屏，第一单相逆变电路1，第二光耦隔离驱动电路2。

各部分连接关系为：固态继电器SSR与电感L1并联，电感L1的一端经过电感L2连接第一单相逆变电路1的A端，电感L1另一端连接功率电阻R1的一端以及经过电流传感器CT1连接试品的一端，功率电阻R1的另一端连接第一单相逆变电路1的B端以及电压控制单元中单相整流电路的直流侧负端；交流接触器KM2与功率电阻R2并联，功率电阻R2的一端连接第一单相逆变电路1的正端，另一端公共端连接铝电解质电容C2的正极，铝电解质电容C2的负极连接第一单相逆变电路1的负端；N沟道IGBT单管Q1与功率电阻R3串联，功率电阻R3一端连接N沟道IGBT单管Q1的发射极，另一端连接第一单相逆变电路1的负端，N沟道IGBT单管Q1的集电极连接第一单相逆变电路1的正端；单相不控整流电路的交流侧输入端A端经过电感L3连接试验电压控制单元(7)的单相调压器T1的输出端的一端，单相不控整流电路的交流侧输入端B端连接试验电压控制单元(7)的单相调压器T1的输出端的另一端；，单相不控整流电路直流侧输出端正端连接第一单相逆变电路1的正端，单相不控整流电路直流侧输出端负端连接第一单相逆变电路1的负端；第三电压采集模块3输入端连接第一单相逆变电路1直流侧，输出端连接第一控制器1电压信号输入端；电流传感器CT1串接在试品与功率电阻R1之间，电流传感器CT1输出端连接第一电流采集模块1输入端，第一电流采集模块1输出端连接第一控制器1电流信号输入端；第二光耦隔离驱动电路2输入端连接第一控制器1的PWM信号输出端，输出端连接第一单相逆变电路1驱动输入端；第二电压采集模块2输入端连接试品触点两端，输出端连接第一控制器1电压信号输入端；液晶屏与第一控制器1相连；第一控制器1的串口通信端口与工控机的串口相连。

本发明的试验电流发生单元中，电流传感器采用北京森社公司的闭环霍尔电流传感器CHB-300SF，电压传感器采用北京森社公司的闭环霍尔电压传感器CHV-25P/600，第一单相逆变电路1中IGBT模块采用英飞凌公司的FF300R12ME3模块及其对应的驱动模块2SP0115T2B0-12，固态继电器采用上海越慧电子科技有限公司的SSR-H380D240P，控制器1采用DSP型号为TMS320F28335，液晶屏采用武汉中显的SDWe070C06T型。试验电流发生单元(7)的功能：控制试品试验电流。在启动试验电流发生单元(7)之前，第一控制器1与工控机(1)通过串口进行通讯，接收到试验频率F、试验电流给定I(t)、直流母线电压门限值U_min、U_max。第一控制器1根据接收到的试验电流给定I(t)指令进行分析，在试品试验电流发生单元运行过程中，根据试验电流给定I(t)的实时值大小，控制固态继电器SSR分断或导通，以选取不同的电感值，有利于对试验电流进行有效控制。为了减小铝电解质电容C2在上电时刻的电流冲击，在启动试验电流发生单元前，第一控制器1控制交流接触器KM2断开，之后闭合交流接触器KM1，通过单相不控整流电路对铝电解质电容C2进行充电，功率电阻R1保护铝电解质电容C2，减小铝电解质电容C2在充电过程中的冲击，在铝电解质电容C2预充电完成后，闭合交流接触器KM2，试验电流发生单元(7)等待启动。

由单相整流电路、第二电压采集模块2、功率电阻R1组成的试品触点端电压采集电路采集试品触点端电压，由电流传感器CT1以及第一电流采集模块1组成的试品试验电流采集电路采集试品试验电流。在试品触点闭合时，单相整流电路、试品触点、功率电阻R1形成闭合回路；若无功率电阻R1，无法形成闭合回路，试品触点无电流，不能实现对试品触点电压的有效测量。在试品分断时，功率电阻R1释放电感L1、L2电能，有效抑制试品分断瞬间试品触点端电压冲击，若无功率电阻R1，试品触点端电压为铝电解质电容C1正极与第一单相逆变电路1交流侧A端之间的电压，而试品分断时端电压应为试验电压，加功率电阻R1，则试品触点端电压为单相整流电路的直流侧输出电压，即试验电压。因此试品触点端电压采集电路能够正确采集试品触点端电压，实现对试品触点电压的有效测量。

在试验电流的控制中，第一控制器1通过试品触点端电压采集电路采集试品触点端电压以及试品试验电流采集电路采集试品试验电流，实时计算试品触点的等效电阻R，触点正常闭合时R为一极小值，触点正常分断时R为一极大值，据此值大小可实时判断触点的闭合与分断状态，结合等效电阻R，以及试验电压幅值U₀与试验电流给定I(t)实时值的比值，可实时分析试验回路等效阻抗，进而将试验电压幅值与试验回路等效阻抗的比值赋值给试验电流参考实时值A，以更好的模拟实际情况；第一控制器1通过由铝电解质电容C1、试品、电流传感器CT1、第一电流采集模块1、第一控制器1、第二光耦隔离驱动电路2、第一单相逆变电路1组成的电流环1将测得的流经试品触点的电流反馈值与试验电流参考实时值进行比较，不断调整输出PWM波占空比，通过第二光耦隔离驱动电路2控制第一单相逆变电路1的A、B侧电压值，使得流经试品触点的电流实时值与试验电流参考实时值相同，即在试品触点正常闭合时流经试品触点的电流值为试验电流给定值I(t)，在试品触点正常分断时，流经试品触点的电流为一很小值，接近于0；综上从而实现试验电流值可依据参考值A的大小动态连续调节。

上述试验电流实时调整控制过程中，如发生分断失效，严重时试品触点会发生粘连而分不开，此时测得电阻值很小，根据上述判定机制，此时判断试品触点闭合，流经试品触点的电流基本为试验电流流给定值I(t)，但此时工控机(1)通过失效判断机制，在分断时不断判断试品分断失效，当失效次数超过允许总失效次数P或者允许连续失效的次数Q时，控制交流接触器KM1断开，以避免试品长期通电，保护试验设备。

所述的N沟道IGBT单管Q1，功率电阻R3组成放电电路，其功能是将直流母线电压稳定在设定范围，保证电流模拟的准确性。第一控制器1通过第三电压采集模块3对直流母线电压进行监测，当直流母线电容达到电压设定区域上限值U_max时，第一控制器1输出高电平控制N沟道IGBT单管Q1导通，直流母线电容通过耗能功率电阻R3回路进行放电；当直流母线电容达到电压设定区域下限值U_min时，第一控制器1输出低电平控制N沟道IGBT单管Q2分断，分断放电回路，从而保证直流母线电压始终保持在设定区域内。

所述能量回馈单元8的组成包括电感L4，电流传感器CT2、CT3，交流接触器KM3，第二单相逆变电路2，第二电流采集模块2，第三电流采集模块3，第二控制器2，第三光耦隔离驱动电路3。

各部分连接关系为：第二单相逆变电路2交流侧A端依次经过电感L4、电流传感器CT3、交流接触器KM3以及电流传感器CT2连接单相调压器T1输入端的一端，第二单相逆变电路2交流侧B端经过交流接触器KM3连接单相调压器T1输入端的另一端；第三电流采集模块3输入端连接电流传感器CT3输出端，输出端连接第二控制器2电流信号输入端；电流传感器CT2输出端连接第二电流采集模块2输入端，第二电流采集模块2输出端连接第二控制器2电流信号输入端；第二光耦隔离驱动电路2输入端连接第二控制器2的PWM信号输出端，输出端连接第二单相逆变电路2驱动输入端。

本发明中能量回馈单元中，采用的电流传感器CT2、CT3，第二电流采集模块2，第三电流采集模块3，第二控制器2与试验电流发生单元(7)采用的模块相同，不再累述；第二单相逆变电路2中IGBT模块采用英飞凌公司的FF300R12ME3模块及其对应的驱动模块2SP0115T2B0-12。电流传感器CT2、第二电流采集模块2、第二控制器2、第三光耦隔离驱动电路3、第二单相逆变电路2组成电流环2；电流传感器CT3、第三电流采集模块3、第二控制器2、第三光耦隔离驱动电路3、第二单相逆变电路2组成电流环3。直流固态负载柜启动时，闭合交流接触器KM3，启动能量回馈单元，第二控制器2将电流环2采集的电流作为给定值，第二控制器2根据电流环3反馈值与电流环2的给定值进行比较，不断调整输出PWM波占空比，通过第三光耦隔离驱动电路3控制第二单相逆变电路2，控制第二单相逆变电路2输出电流与单相调压器T1输入端电流相位一致，将试品试验电流发生单元中直流母线电容的能量回馈到单相调压器T1输入端，试品试验电流发生单元所需的能量由电网及能量回馈单元提供，实现了能量回馈，大大降低了低压电器电寿命试验中的用电损耗。当直流固态负载柜停止运行时，能量回馈单元停止运行。

如图3所示，本发明基于直流固态负载的低压电器电寿命试验装置的测控柜控制流程：

开始→试验参数设置→向试验电流发生单元及试验电压控制发送指令→判断是否通讯成功？

否→向试验电流发生单元及试验电压控制发送指令→判断是否通讯成功？

是→判断是否开始试验？

否→判断是否开始试验？

是→AD启动采集→试品动作→测得电压电流→计算试验参数→判断试品是否发生P次失效或是否连续发生Q次失效或是否停止试验？

否→试品动作→测得电压电流→计算试验参数→判断试品是否发生P次失效或是否连续发生Q次失效或是否停止试验？

是→结束

本发明装置为了减小直流固态负载柜上电时对铝电解质电容C2冲击，保持电流模拟的准确性，在启动试品试验电流发生单元之前，先通过单相不控整流电路对直流母线上的铝电解质电容C2进行充电。如图4所示，直流固态负载柜控制流程：

开始上电→预充电→预充电完成，等待启动指令→启动试验电流发生单元、试验电压控制单元以及能量回馈单元→采集试品电压电流→判断试品是否闭合？

否→判断试品是否闭合？

是→试验电流值I赋值给试验电流给定值A→判断试品是否分断？

否→判断试品是否分断？

是→计算得到的电流值赋值给试验电流给定值A→判断试品是否闭合？

如图5所示，本发明装置中固态负载柜放电电路控制流程：

开始→Q1关断，直流母线电容储能→直流母线电压是否大于工作电压上限值？

否→直流母线电压是否大于工作电压上限值？

是→Q1导通，电阻R3放电→直流母线电压是否小于工作电压上限值？

否→直流母线电压是否小于工作电压上限值？

是→Q1关断，直流母线电容储能→直流母线电压是否大于工作电压上限值？

本发明涉及的协议或软件均为公知技术。

实施例1

按照以上所述的控制流程图以及本发明装置进行直流继电器的电寿命试验：选取直流继电器试品，直流继电器负载电压为24V，额定电流为10A；打开工控机LabVIEW操作平台，根据直流继电器电压参数设置试验频率1800次/h，通断占空比50％，试品试验电压为24V，试验电流给定值I(t)：冲击电流为50A、冲击电流时间250ms，额定电流为10A、额定电流时间为750ms，直流母线电压为400V-410V；调节单相调压器T1至220V；LabVIEW操作平台点击确定后，将设置的参数信息通过串口发送到直流固态负载柜；设置成功，直流固态负载柜通电，预充电完成，等待启动指令，试验电压控制单元以及能量回馈单元启动运行，第一控制器1控制试品试验电压为24V；点击开始试验，试验电流发生单元启动运行，工控机控制试品闭合，第一控制器1判断试品闭合，将I(t)赋值给试验电流参考值A；工控机控制试品分断，第一控制器1判断试品分断，试验电流参考值A为一很小值，接近于0。通过LabVIEW操作平台可观察到试品触点端电压、试品试验电流、电网电压电流的实际波形及数值；点击停止试验，直流固态负载柜停止运行，等待直流母线电容放电结束，关闭直流固态负载柜，完成试验。本装置也可通过触摸屏设置试验电压、试验电流等相关参数，同时观察系统运行时直流母线电压、回馈电流、单相变压器输入电流等参数的实际值。

结果：本装置在运行过程中，通过工控机LabVIEW操作平台，控制试品的闭合、分断，对直流固态负载柜参数设置，通过LabVIEW操作平台实时观察到模拟过程中试品相关参数以及电压电流波形。直流固态负载柜根据参数的设置，完成了直流固态负载的启动，馈能，停止等操作，通过LabVIEW界面观察，试品电压为24V，试品试验电流为10.2A，冲击电流为50.5A；通过LabVIEW波形观察，试品触点端电压、试品试验电流波形模拟效果好，很好的完成了电流冲击的模拟；节约能耗42.7％。通过试验验证，本装置完成了基于直流固态负载的低压电器电寿命试验。

本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (4)

1.一种基于直流固态模拟负载的低压电器电寿命试验装置，其特征为该装置包括测控柜和直流固态负载柜；

所述的测控柜的组成包括工控机、数据采集卡、控制电路、试品电压采集模块和回路电流采集模块；

其中，工控机连接数据采集卡，数据采集卡分别和控制电路、试品电压采集模块、回路电流采集模块相连；试品电压采集模块的输入端连接试品触点两端，该模块的输出端连接数据采集卡的AD输入端；回路电流采集模块的输入为试品试验电流，输出端连接数据采集卡AD输入端；控制电路的输入端连接数据采集卡I/O输出端，输出端连接试品线圈控制输入端；

所述的直流固态负载柜的组成包括试验电压控制单元、试验电流发生单元和能量回馈单元；

其中，试验电压控制单元、试品、试验电流发生单元、能量回馈单元依次串联，试验电压控制单元的输入端外接电源，能量回馈单元的输出端连接试验电压控制单元的输入端；试验电压控制单元以及试验电流发生单元的串口通信端口与工控机的串口连接。

2.如权利要求1所述的基于直流固态模拟负载的低压电器电寿命试验装置，其特征为所述的试验电压控制单元的组成包括断路器QF，单相调压器T1，交流接触器KM1，铝电解质电容C1，单相整流电路，第一控制器，第一光耦隔离驱动电路，第一电压采集模块，其中单相整流电路包括逆阻型IGBT T1、T2、T3、T4；

其中，单相整流电路中，T1的集电极连接T2的发射极，T3的集电极连接T4的发射极，T1的发射极连接T3的发射极，T2的集电极连接T4的集电极，T1的集电极为单相整流电路的交流侧输入端A，T3的集电极为单相整流电路的交流侧输入端B，T3的发射极为单相整流电路的直流侧输出端正端，T4的集电极为单相整流电路的直流侧输出端负端；电源经过断路器QF、电流传感器CT2连接单相调压器T1输入端，单相调压器T1输出端经过交流接触器KM1后连接单相整流电路的交流侧输入端；单相整流电路的直流侧正端连接铝电解质电容C1的正极，直流侧负端连接铝电解质电容C1的负极；第一电压采集模块输入端连接单相整流电路直流侧，输出端连接第一控制器电压信号输入端；第一光耦隔离驱动电路输入端连接第一控制器的PWM信号输出端，输出端连接单相整流电路驱动输入端；第一控制器的串口通信端口与工控机的串口相连。

3.如权利要求1所述的基于直流固态模拟负载的低压电器电寿命试验装置，其特征为所述的试验电流发生单元包括固态继电器SSR，功率电阻R1、R2、R3，N沟道IGBT单管Q1，电感L1、L2、L3，铝电解质电容C2，电流传感器CT1，交流接触器KM2，单相不控整流电路，第一电流采集模块，第二电压采集模块，第三电压采集模块，第一控制器，液晶屏，第一单相逆变电路，第二光耦隔离驱动电路；

其中，固态继电器SSR与电感L1并联，电感L1的一端经过电感L2连接第一单相逆变电路的A端，电感L1另一端连接功率电阻R1的一端以及经过电流传感器CT1连接试品的一端，功率电阻R1的另一端连接第一单相逆变电路的B端以及电压控制单元中单相整流电路的直流侧负端；交流接触器KM2与功率电阻R2并联，功率电阻R2的一端连接第一单相逆变电路的正端，另一端公共端连接铝电解质电容C2的正极，铝电解质电容C2的负极连接第一单相逆变电路1的负端；N沟道IGBT单管Q1与功率电阻R3串联，功率电阻R3一端连接N沟道IGBT单管Q1的发射极，另一端连接第一单相逆变电路的负端，N沟道IGBT单管Q1的集电极连接第一单相逆变电路的正端；单相不控整流电路的交流侧输入端A端经过电感L3连接试验电压控制单元的单相调压器T1的输出端的一端，单相不控整流电路的交流侧输入端B端连接试验电压控制单元的单相调压器T1的输出端的另一端；单相不控整流电路直流侧输出端正端连接第一单相逆变电路的正端，单相不控整流电路直流侧输出端负端连接第一单相逆变电路的负端；第三电压采集模块输入端连接第一单相逆变电路直流侧，输出端连接第一控制器电压信号输入端；电流传感器CT1串接在试品与功率电阻R1之间，电流传感器CT1输出端连接第一电流采集模块输入端，第一电流采集模块输出端连接第一控制器电流信号输入端；第二光耦隔离驱动电路输入端连接第一控制器的PWM信号输出端，输出端连接第一单相逆变电路驱动输入端；第二电压采集模块输入端连接试品触点两端，输出端连接第一控制器电压信号输入端；液晶屏与第一控制器相连；第一控制器的串口通信端口与工控机的串口相连。

4.如权利要求1所述的基于直流固态模拟负载的低压电器电寿命试验装置，其特征为所述能量回馈单元的组成包括电感L4，电流传感器CT2、CT3，交流接触器KM3，第二单相逆变电路，第二电流采集模块，第三电流采集模块，第二控制器，第三光耦隔离驱动电路；

其中，第二单相逆变电路交流侧A端依次经过电感L4、电流传感器CT3、交流接触器KM3以及电流传感器CT2连接单相调压器T1输入端的一端，第二单相逆变电路交流侧B端经过交流接触器KM3连接单相调压器T1输入端的另一端；第三电流采集模块输入端连接电流传感器CT3输出端，输出端连接第二控制器电流信号输入端；电流传感器CT2输出端连接第二电流采集模块输入端，第二电流采集模块输出端连接第二控制器电流信号输入端；第二光耦隔离驱动电路输入端连接第二控制器的PWM信号输出端，输出端连接第二单相逆变电路驱动输入端。