CN109283478A - 港机设备霍尔互感器测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种港机设备霍尔互感器测试装置及方法，主要包括开关电源、LED幅值判别指示电路、输出运行检测电路、数显表、大电流发生器、交流电压表、延时运行检测基准电压表、输出运行检测基准电压表；根据霍尔互感器检测输出端0‑4V交流电压信号值，对应一次侧负载电流的大小比例作为依据进行采样比较，用大电流发生器替代驱动器的输出负载电流，大电流发生器的导线从霍尔互感器中心孔穿过，对大电流发生器形成闭环，使其产生负载电流。本发明主要用途是测试驱动器在港口装卸设备工作运行时霍尔互感器工作状态，达到霍尔互感器不在驱动器上也能真实反映工作时的运行工况，从而能有效的对霍尔互感器状态进行测试，并在测试中进行零位和幅值调整及鉴定，来判别正常与否。

Description

港机设备霍尔互感器测试装置及方法

技术领域

本发明涉及集装箱码头装卸设备的电器自动化技术的领域，具体涉及一种港机设备霍尔互感器测试装置及方法。

背景技术

港口的主要设备是桥吊、龙门吊，而这些港机设备主电控系统的拖动大都采用日本安川驱动器，其驱动器内使用的UND-600/600(4V/600AT)霍尔互感器是安川定制产品，它对起升、大车、小车等对电机负载电流进行检测监控采样控制保护的必要机电自动化反馈装置，是现代自动化工控设备常用器件之一。港机设备上霍尔互感器都安装在驱动器三相负载输出端上，随着使用年限增长，常发生霍尔互感器异常的故障，特别在霍尔互感器发生零位飘移时，有时故障可复位自动消失，呈时有时无，不易调整判断。

港机驱动器内的霍尔互感器使用周期较长，一般使用年限在6-8年左右后，常发生霍尔互感器参数上的漂移或损坏，此器件都是进口厂家订做配套的霍尔互感器。从技术角度考虑，如参数上的漂移一般都可以调整霍尔互感器上的零位和幅度值，使参数符合要求，可继续使用,当其输出交流信号发生突变或异常偏离，只能更换原配器件，而用其它互感器则很难替换，主要瓶颈体现在参数正确性和安装体积问题上,所以往往更换原装互感器，更换维护费用大。宁波北仑国际集装箱码头有限公司基本都使用安川驱动电控系统，霍尔互感器在这些港机的安川驱动器上应用着。而霍尔互感器工作方式是对负载电流检测进行采样控制的必要机电自动化反馈装置，形成自动化控制。在驱动器发生故障原因中，由霍尔互感器造成的驱动器故障占比例也较高。鉴于上述原因，为更容易调整霍尔传感器的零位和幅度及判断互感器优劣，以求达到快速更换与节约配件费用的原则，需要一个港机霍尔互感器测试装置，模拟霍尔互感器在驱动器内部真实工况运行下，来测试调整判断霍尔互感器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种港机设备霍尔互感器测试装置及方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种港机设备霍尔互感器测试装置，主要包括开关电源、LED幅值判别指示电路、输出运行检测电路、数显表、大电流发生器、交流电压表、延时运行检测基准电压表、输出运行检测基准电压表；根据霍尔互感器检测输出端0-4V交流电压信号值，对应一次侧负载电流的大小比例作为依据进行采样比较，用大电流发生器替代驱动器的输出负载电流，大电流发生器的导线从霍尔互感器中心孔穿过，对大电流发生器形成闭环，使其产生负载电流；当大电流发生器三相输出无负载电流情况下，霍尔互感器的输出信号也归零，按大电流发生器三相负载电流大小比例，霍尔互感器二次侧输出交流电压信号应按相应比例上升；超出比例上升或未按比例上升或不上升，都可认定霍尔互感器异常，根据比例情况对霍尔互感器进行零位或幅值调整，当调整也不能达到正常参数时，此时只能更换。

所述的LED幅值判别指示电路：利用数字电路和发光管指示，来区分被测霍尔互感器信号输出幅度等级大小的一个电路；检测运行正常时，霍尔互感器输出的信号幅度值对应一个发光管发光，如不发光则说明不在这幅度值范围内；点亮不同的发光二极管则代表霍尔互感器信号输出幅度等级大小的参考依据。

更进一步的，所述的LED幅值判别指示电路：X1为电源输入端，X2为电流互感器，其依据负载电流的大小，从而使霍尔互感器输出端输出0-4V可变的交流电压信号输出；X3为信号输出交流电压显示器，X4、X5、X6、X7、X8为LED输出显示灯，U3、U4为LM339电压比较器；U5为74HC04N，是高速的硅栅CMOS器件，并兼容低功耗肖特基的TTL非门，U6、U7、U8为4组2输入与门电路CD4081；当导线穿过霍尔互感器中心孔，并有负载电流流过时，霍尔互感器则检测到电流；正常时霍尔互感器的检测信号输出端有交流0-4V电压在显示器上显示；该交流电压信号经D15、C6、R10整流滤波后，得到一个直流信号电压，整流滤波后的电压为整流滤波前的1.414倍，U3和U4反相输入端有5个基准电压，霍尔互感器信号端输出IN的交流电压分别为0V、0.5V、1.5V、2.5V和3.5V。

所述的输出运行检测电路：将1个或3个霍尔互感器串接于三相输出电流回路中，输出的U1、V1、W1三路代表输出电流大小的交流电压信号，U10四运算放大器LM348内部的3组放大器与外围元件构成了三路精密半波整流器，将输入3相交流电压信号的负半波倒相成正电压信号，输入到由U10四运算放大器LM348内部的第四组运算放大器构成反相放大器输入端，输出负的I/UVW全电流信号，I/UVW又分为两路，送入后级开关量信号处理电路。

本发明所述的这种港机设备霍尔互感器测试方法，该方法包括如下步骤：首先将大电流发生器的导线从霍尔互感器中心孔穿过，对大电流发生器形成闭环，使其产生负载电流；依次对测试装置和大电流发生器接通电源，按霍尔互感器的0-600A参数对大电流发生器提增电流，正常情况下霍尔互感器中心孔穿过一次侧输入50A时，二次侧信号输出检测值0.33V/AC，在100A时输出检测值0.67V/AC依次类推，当600A时输出检测值4.00V/AC，此时输出运行检测电路对各二次侧信号输出检测值进行比较，相应指示灯点亮，同时二次侧相应电压值显示在数显表上；对指示灯及数显表显示的数值，和霍尔互感器二次输出规定值进行比较，检测后如发现有区别较大则可判定该霍尔互感器有问题，通过零位或幅值进行调整；当调整也不能达到输出规定值时，可确定该霍尔互感器损坏。

本发明的有益效果为：

1、本发明测试精度高，主要解决测试互感器的调整及区别好坏；具有体积小、移动方便、实时工况模拟性高、测试准确性高、低成本、低功耗、低复杂度的特点，对互感器维保修理检测工作带来极大便利，给电器技术人员有个顺手的测试装备，解决技术上难题，让互感器得到充分利用，降低霍尔互感器购置成本，避免因互感器故障带来的驱动器故障，从而影响生产作业情况；本发明还可拓展应用到其它行业上的互感器应用测试工作。

2、本发明主要用途是测试驱动器在港口装卸设备工作运行时霍尔互感器工作状态，达到霍尔互感器不在驱动器上也能真实反映工作时的运行工况，从而能有效的对霍尔互感器状态进行测试，并在测试中进行零位和幅值调整及鉴定，来判别正常与否。

附图说明

图1为本发明的电器方框图。

图2为本发明的LED幅值判别指示电器原理图。

图3为本发明的运行检测显示原理图。

图4为本发明的外形面板示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：

如图1所示，本发明主要是根据霍尔互感器检测输出端0-4V交流电压信号值，对应一次侧负载电流的大小比例作为依据进行采样比较。用大电流发生器替代驱动器的输出负载电流,当驱动器(大电流发生器)三相输出无负载电流情况下，霍尔互感器的输出信号也归零，按驱动器三相负载电流大小比例，互感器二次侧输出交流电压信号应按相应比例上升。超出比例上升或未按比例上升或不上升，都可认定互感器异常，根据比例情况对互感器进行零位或幅值调整，当调整也不能达到正常参数时，此时只能更换。

一、霍尔互感器测试装置电源解决方案：

工作电源解决方案：采用型号为NET-35C开关电源，该电源输入100-240VAC宽电源,输出为稳定的+15V的1A、-15V的0.5A、+5V的2.5A电源。完全可满足互感器供电和数显及信号处理电路电源的供电要求，并且具有体积小优点，故选用此电源。

二、检测电路关键元器件及应用：

根据互感器的调整要求，对电流检测的集成电路选型主要参数：LM348集成块内部装有四个独立的运算放大器,其工作特性：1)低电源电流消耗，AB类输出级无交叉失真；2)低输入失调电压兼容：1mV的典型；3)低输入偏置电流：4na典型；4)低输入偏置电流：30na典型；5)增益带宽(单位增益)：1.0mhz典型；5)隔离放大器：输入与输出的120db具有过载保护，供电电压为最大36V。

LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：1)失调电压小，典型值为2mV；2)电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；3)对比较信号源的内阻限制较宽；4)共模范围大；5)差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6)输出端电位可灵活方便地选用。

针对霍尔互感器输出的交流电压信号值，故用LM348和LM339进行运算比较检测，二者内部都具有独立的四运放，工作电源电压范围宽，外围电路简单，性能稳定的特点。

三、数显表特点及选型：

交流数显采用三位半数字SM3DC-AV20直流供电的交流表，其特点：7段LED显示，交流信号测量采用精密整流电路，测量精确，线性好，标准供电为DC5V，供电与信号内部隔离，可以多种仪表共用一个电源。以上特点符合装置要求，故选用此款型号。

适用于精密测量和稳定性要求较高的场合，广泛应用直流数显采用三位半数字HB5135B直流供电的交流表，其特点：于各种仪器仪表，机电设备的电压、电流等参数的测量和显示，直流5V供电，0.56英寸红色LED数码显示，清晰、稳定。以上特点符合装置供电、显示读数要求，故选用此款型号。

四、本发明LED幅值判别指示工作原理介绍：

为了更能清楚直观的对互感器输出信号值大小有明显区分，为此又设计了LED信号大小值区分电路，共设计5段信号值指示装置，分别是0V、0.5V、1.5V、2.5V和3.5V参考段指示值，其具体工作原理如下，如图2所示。

X1为电源输入端，X2为电流互感器，其依据负载电流的大小，从而使霍尔电流互感器输出端输出0-4V可变的交流电压信号输出。X3为信号输出交流电压显示器。X4、X5、X6、X7、X8为LED输出显示灯。U3、U4为LM339电压比较器。U5为74HC04N，是高速的硅栅CMOS器件，并兼容低功耗肖特基的TTL非门。U6、U7、U8为4组2输入与门电路CD4081。

当导线穿过霍尔电流互感器中心孔，并有负载电流流过时，互感器则检测到电流。正常时电流互感器的检测信号输出端有交流0-4V电压在显示器上显示。该交流电压信号经D15、C6、R10整流滤波后，得到一个直流信号电压，整流滤波后的电压约为整流滤波前的1.414倍。U3和U4反相输入端有5个基准电压，霍尔互感器信号端输出IN的交流电压分别为0V、0.5V、1.5V、2.5V和3.5V。

当电流互感器的检测信号输出端，输出为0-0.5V的电压信号加在线路板IN时，B1有输出则为高电平，B2、B3、B4、B5无输出则为低电平，该信号经U5反相器后输出E1、E2、E3、E4的高电平。通过U6/CD4081与门电路将B1、E1、E2、E3、E4的5个高电平状态相与后，输出高电平去点亮X4端的LED1，促使其发光。此时该电流互感器检测输出端信号为0-0.5V之间。

当电流互感器的检测信号输出端，输出为0.5-1.5V的电压信号加在线路板IN时，B1、B2有输出则为高电平，B3、B4、B5无输出则为低电平，该信号经U5反相器后输出为E2、E3、E4的电平。通过U6/CD4081与门电路将B1、B2、E2、E3、E4的5个高电平状态相与后，输出高电平去点亮X5端的LED2，促使其发光。由于B2状态从低到高转换，因而X4端的LED1失去信号熄灭。此时该电流互感器检测输出端信号为0.5-1.5V之间。

当电流互感器的检测信号输出端，输出为1.5-2.5V的电压信号加在线路板IN时，则B1、B2、B3有输出则为高电平。而B4、B5无输出则为低电平，该信号经U5反相器后输出为高电平E3、E4。用与门电路将B1、B2、B3、E3、E4共5个高电平状态相与，输出高电平去点亮X6端的发光管LED3。此时，X5端的发光管LED2因B3的状态改变而熄灭。此时说明该电流互感器检测输出端信号在1.5-2.5V之间。

当电流互感器的检测信号输出端，输出为2.5-3.5V的电压信号加在线路板IN时，则B1、B2、B3、B4有输出则为高电平。而B5无输出则为低电平，该信号经U5反相器后输出为高电平E4。用与门电路将B1、B2、B3、B4、E4共5个高电平状态相与，输出高电平去点亮X7端的发光管LED4。此时因B4从低电平变为高电平，导致E3的状态改变使X6端的发光管LED3熄灭。此时说明该电流互感器检测输出端信号在2.5-3.5V之间。

当电流互感器的检测信号输出端，输出为3.5V以上的电压信号加在线路板IN时，则B1、B2、B3、B4、B5有输出则为高电平。用与门电路将B1、B2、B3、B4、B5共5个高电平状态相与，输出高电平去点亮X8端的发光管LED5。此时因B5从低电平变为高电平，导致E4的状态改变使X7端的发光管LED4熄灭。此时说明该电流互感器检测输出端信号在3.5V以上。

本发明这部分电路是利用数字电路和发光管指示，来区分被测互感器信号输出幅度等级大小的一个电路。检测运行正常时，互感器输出的信号幅度值对应一个发光管发光，如不发光则说明不在这幅度值范围内。点亮不同的发光二极管则代表互感器信号输出幅度等级大小的参考依据。

五、本发明检测电路介绍：

如图3所示,X10为电源供电输入端，输入+15V、-15V、+5V,其中+15V、-15V用于霍尔互感器及IC供电，+5V用于核心电路及数显表等供电。X11、X12、X13为3个电流互感器，3只电流互感器串接于三相输出电流回路，输出UI、VI、WI三路代表输出电流大小的交流电压信号。U10、U11为LM324，是带有真差动输入的四运算放大器。U12为LM339，是电压比较器。U13和U14为TL431，是一个精密可控稳压电源。

本发明的检测电路原理：将1个或3个霍尔互感器串接于三相输出电流回路中，输出的U1、V1、W1三路代表输出电流大小的交流电压信号。U10四运算放大器LM348内部的3组放大器与外围元件构成了三路精密半波整流器，将输入3相交流电压信号的负半波倒相成正电压信号，输入到由U10四运算放大器LM348内部的第四组运算放大器构成反相放大器输入端，输出负的I/UVW全电流信号，I/UVW又分为两路，送入后级开关量信号处理电路。

LM348实际构成了三相半波整流电路，整流信号I/UVW实为3个电压波头的脉动直流信号，含有U、V、W三相输出电流的信息。该信号经钳位隔值作用后输入到U11运算放大器的13脚，构成电压整形电路，经14脚输出。

I/UVW信号同时送入由U12构成的两级迟滞电压比较器LM339反相输入端。两级迟滞电压比较器的同相端，是由10V基准电压经电阻分压形成两个基准电压，其中9脚的基准电压高于11脚的基准电压，迟滞电压比较器输出反转，由5V钳位高电平，转变为0V钳位低电平，此路输出过电流信号，通过二极管发光指示输出报警。若电流严重不平衡或继续上升，电流检测信号经电阻输入到U12的8脚，其电压值超过9脚的基准电压值时，14脚输出状态反转，输出-15V的负信号，此路为严重电流不平衡，当延时运行检测5V基准显示数字表电压下降，说明互感器实际信号值输出较大，负载电流超过规定值。当输出运行检测基准2.5V下降时，说明其中有一个或多个互感器信号输出异常。

本发明示意图如图4所示。它由开关电源+LED幅值判别指示电路+输出运行检测电路+数显装置+机械台+也可附加示波器测量波形方式等整合构成,配合大电流发生器工作。经过对各部件图形设计、加工、设备上安装、测试、整改、重新测试等步骤，依据工况条件，设计出霍尔互感器在不同负载电流段运行时的一个测试装置。霍尔互感器是根据驱动器输出的负载电流大小，其输出采样信号用交流电压表现的形式来反映负载电流大小。港机驱动器输出的负载电流就是靠互感器的采样输出电压，它以600:4的规则，就是说当驱动器输出在满负荷600A时，霍尔互感器输出的电压信号为4V，即负载输出电流大小对应于霍尔互感器二次侧电压输出信号的比例值。根据这个比例参数值，我们可以整合通过示波器测量电压波形及制作相应的电流检测电路来调整鉴定霍尔互感器的零位或幅度值。这个测试装置主要用途等于就是驱动器在港口装卸设备工作运行时霍尔互感器工作状态。达到霍尔互感器不在驱动器上也能真实反映工作时的运行工况，从而能有效的对霍尔互感器状态进行测试，并在测试中进行零位和幅值调整及鉴定，来判别正常与否。

霍尔互感器测试装置要求过程：

本发明装置为了适应霍尔互感器测试时的负载电流要求，故选用了扬州能华电气设备厂生产的NHLP-1000A大电流发生器，该发生器是根据电力部门和工矿企业在电气设备试验如：各种开关、电流互感器和其它电器设备作电流负载试验及温升试验而专门设计制造的专用设备。此电流发生器模拟负载电流，从0-1000A可调整，完全满足港口驱动器霍尔采样负载电流0-600A的要求。

霍尔互感器测试装置检测控制流程：首先将大电流发生器的导线从霍尔电流互感器中心孔穿过，对电流发生器形成闭环，目的使其产生负载电流。依次对测试装置和大电流发生器接通电源，按互感器的0-600A参数对大电流发生器提增电流，正常情况下电流互感器中心孔穿过一次侧输入50A时，二次侧信号输出检测值0.33V/AC，在100A时输出检测值0.67V/AC依次类推，当600A时输出检测值4.00V/AC，此时检测电路对各二次侧信号输出检测值进行比较，相应指示灯点亮，同时二次侧相应电压值显示在数显表上。通过肉眼对指示灯及数显表显示的数值，可以轻易的和电流互感器二次输出规定值进行比较，检测后如发现有区别较大则可判定该互感器有问题，可以通过零位或幅值进行调整，当调整也不能达到输出规定值时，可确定该互感器损坏。

本互感器测试装置可拓展示波器测波形：本发明也可对互感器信号值以波形方式检测。所以结合示波器对互感器输出波形进行直观观察，通过测量跟踪，配合检测电路更容易对互感器进行零位或幅值调整。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种港机设备霍尔互感器测试装置，其特征在于：主要包括开关电源、LED幅值判别指示电路、输出运行检测电路、数显表、大电流发生器、交流电压表、延时运行检测基准电压表、输出运行检测基准电压表；根据霍尔互感器检测输出端0-4V交流电压信号值，对应一次侧负载电流的大小比例作为依据进行采样比较，用大电流发生器替代驱动器的输出负载电流，大电流发生器的导线从霍尔互感器中心孔穿过，对大电流发生器形成闭环，使其产生负载电流；当大电流发生器三相输出无负载电流情况下，霍尔互感器的输出信号也归零，按大电流发生器三相负载电流大小比例，霍尔互感器二次侧输出交流电压信号应按相应比例上升；超出比例上升或未按比例上升或不上升，都可认定霍尔互感器异常，根据比例情况对霍尔互感器进行零位或幅值调整，当调整也不能达到正常参数时，此时只能更换。

2.根据权利要求1所述的港机设备霍尔互感器测试装置，其特征在于：所述的LED幅值判别指示电路：利用数字电路和发光管指示，来区分被测霍尔互感器信号输出幅度等级大小的一个电路；检测运行正常时，霍尔互感器输出的信号幅度值对应一个发光管发光，如不发光则说明不在这幅度值范围内；点亮不同的发光二极管则代表霍尔互感器信号输出幅度等级大小的参考依据。

3.根据权利要求1所述的港机设备霍尔互感器测试装置，其特征在于：所述的LED幅值判别指示电路：X1为电源输入端，X2为电流互感器，其依据负载电流的大小，从而使霍尔互感器输出端输出0-4V可变的交流电压信号输出；X3为信号输出交流电压显示器，X4、X5、X6、X7、X8为LED输出显示灯，U3、U4为LM339电压比较器；U5为74HC04N，是高速的硅栅CMOS器件，并兼容低功耗肖特基的TTL非门，U6、U7、U8为4组2输入与门电路CD4081；当导线穿过霍尔互感器中心孔，并有负载电流流过时，霍尔互感器则检测到电流；正常时霍尔互感器的检测信号输出端有交流0-4V电压在显示器上显示；该交流电压信号经D15、C6、R10整流滤波后，得到一个直流信号电压，整流滤波后的电压为整流滤波前的1.414倍，U3和U4反相输入端有5个基准电压，霍尔互感器信号端输出IN的交流电压分别为0V、0.5V、1.5V、2.5V和3.5V。

4.根据权利要求1所述的港机设备霍尔互感器测试装置，其特征在于：所述的输出运行检测电路：将1个或3个霍尔互感器串接于三相输出电流回路中，输出的U1、V1、W1三路代表输出电流大小的交流电压信号，U10四运算放大器LM348内部的3组放大器与外围元件构成了三路精密半波整流器，将输入3相交流电压信号的负半波倒相成正电压信号，输入到由U10四运算放大器LM348内部的第四组运算放大器构成反相放大器输入端，输出负的I/UVW全电流信号，I/UVW又分为两路，送入后级开关量信号处理电路。

5.一种港机设备霍尔互感器测试方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：首先将大电流发生器的导线从霍尔互感器中心孔穿过，对大电流发生器形成闭环，使其产生负载电流；依次对测试装置和大电流发生器接通电源，按霍尔互感器的0-600A参数对大电流发生器提增电流，正常情况下霍尔互感器中心孔穿过一次侧输入50A时，二次侧信号输出检测值0.33V/AC，在100A时输出检测值0.67V/AC依次类推，当600A时输出检测值4.00V/AC，此时输出运行检测电路对各二次侧信号输出检测值进行比较，相应指示灯点亮，同时二次侧相应电压值显示在数显表上；对指示灯及数显表显示的数值，和霍尔互感器二次输出规定值进行比较，检测后如发现有区别较大则可判定该霍尔互感器有问题，通过零位或幅值进行调整；当调整也不能达到输出规定值时，可确定该霍尔互感器损坏。