CN109507458B - 一种直流逆变型线圈匝间短路故障用交流发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流逆变型线圈匝间短路故障用交流发生器，包括壳体、控制电路、低压直流电源、逆变电路、升压变压器、电流互感器、温度检测模块、信号调理电路、A/D转换电路、控制按键、总开关、充电接口和输出接口。本发明便于携带、结构简单、体积小、重量轻，便于产生实验所需要的高压交流电，通过温度检测模块和电流互感器检测使用过程的过温、过流情况，并实行相应的断电控制，有效保障了工作人员的安全以及检测装置和被测线圈的稳定运行；并且通过控制按键能够对输出的电压频率、幅值参数进行调整，有效满足线圈匝间短路故障检测的需要。
Description
技术领域
本发明属于逆变升压技术领域，涉及一种直流逆变型线圈匝间短路故障用交流发生器。
背景技术
分合闸线圈是断路器操作的重要控制元件，综合现场故障调研发现，线圈匝间绝缘故障是造成线圈绕组变形甚至烧损的主要原因，从分合闸线圈结构特点看大跨度的匝间绝缘破坏或发生金属性短路的概率较小，非金属性短路概率较大。因此，尽早发现线圈绕组的匝间非金属性短路故障对于保证断路器的安全运行具有重要意义。
重复脉冲法是一种简单有效的线圈匝间短路无损检测方法，其检测原理是分析注入线圈绕组的脉冲信号的反射波和折射波的响应特征曲线，根据特征波形可以判断匝间绝缘故障位置。在采用重复脉冲法对断路器线圈匝间绝缘情况检测时，由于线圈匝间非金属性短路故障波阻抗变化较小，很难根据特征波形识别线圈匝间非金属性短路，工作人员无法及时对线圈匝间绝缘故障进行处理。为了促使匝间非金属性短路故障点波阻抗变化较大，目前采用的方法多为检测时给线圈两端通过220V市电。在此电压下，若线圈中存在非金属性短路故障，则故障点将产生放电通道，使波阻抗产生较大的变化。但在现场测试时，220V交流电源无法进行携带，线路复杂，在使用时存在安全隐患；同时无法对电压频率、幅值等参数进行调节。
专利号为CN201610598612.4公开了一种断路器分合闸线圈匝间短路故障检测的方法，通过脉冲发生器给线圈发送脉冲信号，由示波器处理相应的波形信号信息，该发明的有益效果是灵敏度高、设备便携、分析及操作简便，判断方法直观、具有较高可靠性且更适合现场应用，但是未提出相应解决上述问题的方法或装置。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种便于产生实验所需要的高压交流电，便于调节电压频率、幅值参数，有效保障工作人员安全以及检测装置和被测线圈的稳定运行的直流逆变型线圈匝间短路故障用交流发生器。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种直流逆变型线圈匝间短路故障用交流发生器，包括壳体、控制电路、低压直流电源、逆变电路、升压变压器、电流互感器、温度检测模块、信号调理电路和A/D转换电路；
所述的控制电路、低压直流电源、逆变电路、升压变压器、电流互感器、信号调理电路和A/D转换电路均安装在壳体内；所述的壳体的前端面板上设有控制按键、总开关、充电接口和两个输出接口；
所述的控制按键的输出端与控制电路相连；所述的控制电路与逆变电路相连；所述的逆变电路的输出端与升压变压器的输入端相连；所述的升压变压器的一个输出端与其中的一个输出接口相连，另一个输出端与另一个输出接口相连；所述的电流互感器设置在变压器的输出端线缆上；
所述的温度检测模块、电流互感器均与信号调理电路相连；所述的信号调理电路的输出端与A/D转换电路的输入端相连；所述的A/D转换电路的输出端与控制电路相连；
所述的控制电路、逆变电路、A/D转换电路、信号调理电路、温度检测模块均与低压直流电源电相连；所述的低压直流电源的输出端导线上连接有总开关，低压直流电源与充电接口相连。
作为本发明的进一步说明，所述的控制电路包括电路板、以及集成在电路板上的处理器、定时器和存储器；所述的处理器采用低功耗STM32F103RBT6型处理器；所述的定时器、存储器分别与处理器相连接；所述的处理器、定时器、存储器分别与低压直流电源电相连。
作为本发明的进一步说明，所述的温度检测模块包括基座、筒体和螺杆；所述的基座包括底板、安装在底板一端的左挡板和安装在底板另一端的右挡板；所述的筒体的一端封闭，另一端安装在右挡板的外侧面上；所述的螺杆的一端上安装有按板，另一端依次穿过筒体和右挡板，并且安装有活动挡板；所述的筒体侧面安装有辅助板；在所述的按板与筒体封闭端外侧之间的一段螺杆上设有螺母；所述的活动挡板与筒体封闭端内侧之间的一段螺杆上设有弹簧；所述的左挡板和活动挡板的内侧面均设有保护层；所述的左挡板内侧面上还设有温度传感器。在右挡板和筒体封闭端上开有供螺杆穿插的开口，右挡板上的开口与筒体的内部空腔的口径相同，螺杆穿过筒体中心，并且与左挡板、右挡板、活动挡板相垂直；螺杆的另一端从筒体的封闭端开始穿入，依次穿过筒体和右挡板；筒体封闭端上的开口比螺杆口径稍大，但比弹簧和螺母的口径小；温度传感器安装在左挡板中间处，并且左挡板上的保护层中设有供温度传感器放置的开口，温度传感器与左挡板上的保护层表面相持平；保护层为采用硅胶做成，避免夹持线圈过程对线圈造成损坏；通过辅助板和按板可以便于将按板拉扯离开按板，使得左挡板和活动挡板分离，便于将线圈放置在左挡板和活动挡板之中；通过螺母可以调节左挡板与活动挡板之间的间距，避免夹持线圈的压力过大；松开按板，在弹簧的作用下，左挡板和活动挡板可以相互配合夹紧线圈。
作为进一步的技术改进，所述的壳体上端面和底面均设有透气孔；在所述的壳体上端面的透气孔内侧安装有散热风机；所述的散热风机与低压直流电源电相连。逆变电路和升压变压器安装在靠近散热风机的位置处，便于散热风机将逆变电路和升压变压器产生的热量排走。
本发明的工作原理：
低压直流电源供电电压为4.2V，能够为控制电路、逆变电路、A/D转换电路、信号调理电路和温度检测模块提供电源；逆变电路用于将低压直流电转变成低压交流电；升压变压器用于将低压交流电转变为高压交流电；通过电流互感器可以检测流经被测线圈的电流；温度检测模块用于检测被测线圈的温度；信号调理电路用于对电流互感器两端的电流信号和温度检测模块输出的信号进行滤波放大；A/D转换电路用于将信号调理电路输出的模拟信号转换为控制电路能识别的数字信号；
控制按键的输出端与处理器的I/O接口相连，处理器通过I2C总线连接模数模转换器DAC7571IDBVT，数模转换器再和逆变电路的控制芯片连接；
按下控制按键后处理器接收到控制指令，通过数模转换器DAC7571IDBVT向逆变电路发送控制参数；处理器通过数模转换器DAC7571IDBVT将数字化的指令转换为一个模拟电压，模拟电压作用在逆变电路控制芯片的比较器同向输入端，比较器输出端改变自动调节输出变压器驱动管的占空比，输出占空比变化会导致输出电压的幅值变化，幅值变化负反馈到比较器的反向端，当同向端和反向端达到动态平衡后输出稳定到所要调节的幅值；
输出频率由逆变器控制芯片的振荡频率决定，其振荡频率由外部时基电阻控制，时基电阻为数字电位器；处理器接收到控制按键指令，通过数字时序控制时基电阻阻值大小，进而改变输出的电压频率；
逆变电路是常规的逆变电路，只要是能够实现将低压直流逆变为低压交流的功能即可；A/D转换电路是常规的A/D转换电路，只要是能够实现模拟信号转换为数字信号功能即可；信号调理电路是常规的信号调理电路，只要是能够实现信号的滤波放大功能即可；
使用时，先通过输出线缆将线圈的两端分别连接到两个输出接口上，将温度检测模块放置在线圈上；再开启总开关，升压变压器的二次端通过被测线圈形成回路；
使用过程中，用户首先通过控制按键输入所需要的交流电压的幅值、频率及过流时、过温时的阈值，控制电路根据用户的操作控制逆变电路改变频率和幅值，输出对应频率下的低压交流波形，低压交流波形经过升压变压器转变为所需要的高压交流波形；升压变压器的二次输出端通过线圈形成回路，给线圈供电，在此高压交流电的作用下，若线圈中存在非金属性短路故障，则故障点将产生放电通道，使波阻抗产生较大的变化，易被检测到；在检测的过程中，线圈侧设置温度检测模块，实时测量线圈的温度，温度检测模块将测量的温度值转换为对应的电压值，通过信号调理电路滤波放大、A/D转换电路模数转换后发送给控制电路，控制电路内置算法会将被测点温度和过温阈值进行比较，若温度超过阈值，则控制电路将断开低压直流电源与逆变电路的连接，保障被测线圈的安全；同时电流互感器和信号调理电路共地，电流互感器两端的电流值通过信号调理电路滤波放大、A/D转换电路模数转换后发送给控制电路，控制电路内置算法会将电流互感器两端的电流值和过流阈值进行比较，若电流超过阈值，则控制电路将断开低压直流电源与逆变电路的连接，保障被测线圈、检测装置和工作人员的安全。
与现有技术相比较，本发明具备的有益效果：
1.本发明在使用重复脉冲法检测线圈中的非金属性短路故障时，通过本方案的交流发生器，便于产生实验所需要的高压交流电。
2.本发明通过温度检测模块和电流互感器检测使用过程的过温、过流情况，并实行相应的断电控制，有效保障了工作人员的安全以及检测装置和被测线圈的稳定运行。
3.本发明通过控制按键能够对输出的电压频率、幅值参数进行调整，有效满足线圈匝间短路故障检测的需要。
4.本发明便于携带、结构简单、体积小，重量轻，能够在各个应用场合下参与到重复脉冲法对线圈匝间短路的检测中。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明中温度检测模块的结构示意图。
图4为本发明中温度检测模块的俯视结构示意图。
图5为本发明中处理器与控制按键、逆变电路的连接关系图。
附图标记：1-控制按键，2-控制电路，3-低压直流电源，4-逆变电路，5-升压变压器，6-电流互感器，7-温度检测模块，8-信号调理电路，9-A/D转换电路，10-透气孔，11-壳体，12-总开关，13-充电接口，14-输出接口，15-温度传感器，16-左挡板，17-保护层，18-底板，19-活动挡板，20-右挡板，21-筒体，22-螺母，23-螺杆，24-按板，25-弹簧，26-辅助板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
实施例：
一种直流逆变型线圈匝间短路故障用交流发生器，包括壳体11、控制电路2、低压直流电源3、逆变电路4、升压变压器5、电流互感器6、温度检测模块7、信号调理电路8和A/D转换电路9；
所述的控制电路2、低压直流电源3、逆变电路4、升压变压器5、电流互感器6、信号调理电路8和A/D转换电路9均安装在壳体11内；所述的壳体11的前端面板上设有控制按键1、总开关12、充电接口13和两个输出接口14；
所述的控制按键1的输出端与控制电路2相连；所述的控制电路2与逆变电路4相连；所述的逆变电路4的输出端与升压变压器5的输入端相连；所述的升压变压器5的一个输出端与其中的一个输出接口相连，另一个输出端与另一个输出接口相连；所述的电流互感器6设置在变压器5的输出端线缆上；
所述的温度检测模块7、电流互感器6均与信号调理电路8相连；所述的信号调理电路8的输出端与A/D转换电路9的输入端相连；所述的A/D转换电路9的输出端与控制电路2相连；
所述的控制电路2、逆变电路4、A/D转换电路9、信号调理电路8、温度检测模块7均与低压直流电源3电相连；所述的低压直流电源3的输出端导线上连接有总开关12，低压直流电源3与充电接口13相连。
所述的控制电路2包括电路板、以及集成在电路板上的处理器、定时器和存储器；所述的处理器采用低功耗STM32F103RBT6型处理器；所述的定时器、存储器分别与处理器相连接；所述的处理器、定时器、存储器分别与低压直流电源3电相连。
所述的温度检测模块7包括基座、筒体21和螺杆23；所述的基座包括底板18、安装在底板18一端的左挡板16和安装在底板18另一端的右挡板20；所述的筒体21的一端封闭，另一端安装在右挡板20的外侧面上；所述的螺杆23的一端上安装有按板24，另一端依次穿过筒体21和右挡板20，并且安装有活动挡板19；所述的筒体21侧面安装有辅助板26；在所述的按板24与筒体21封闭端外侧之间的一段螺杆上设有螺母22；所述的活动挡板19与筒体21封闭端内侧之间的一段螺杆上设有弹簧25；所述的左挡板16和活动挡板19的内侧面均设有保护层17；所述的左挡板16内侧面上还设有温度传感器15。
所述的壳体11上端面和底面均设有透气孔10；在所述的壳体11上端面的透气孔内侧安装有散热风机；所述的散热风机与低压直流电源3电相连。
该实施例的工作原理：
低压直流电源3供电电压为 4.2V，能够为控制电路2、逆变电路4、A/D转换电路9、信号调理电路8和温度检测模块7提供电源；逆变电路4用于将低压直流电转变成低压交流电；升压变压器5用于将低压交流电转变为高压交流电；通过电流互感器6可以检测流经被测线圈的电流；温度检测模块7用于检测被测线圈的温度；信号调理电路8用于对电流互感器6两端的电流信号和温度检测模块7输出的信号进行滤波放大；A/D转换电路9用于将信号调理电路8输出的模拟信号转换为控制电路2能识别的数字信号；
控制按键1的输出端与处理器的I/O接口相连，处理器通过I2C总线连接模数模转换器DAC7571IDBVT，数模转换器再和逆变电路4的控制芯片连接；
按下控制按键1后处理器接收到控制指令，通过数模转换器DAC7571IDBVT向逆变电路4发送控制参数；处理器通过数模转换器DAC7571IDBVT将数字化的指令转换为一个模拟电压，模拟电压作用在逆变电路4控制芯片的比较器同向输入端，比较器输出端改变自动调节输出变压器驱动管的占空比，输出占空比变化会导致输出电压的幅值变化，幅值变化负反馈到比较器的反向端，当同向端和反向端达到动态平衡后输出稳定到所要调节的幅值；
输出频率由逆变器控制芯片的振荡频率决定，其振荡频率由外部时基电阻控制，时基电阻为数字电位器；处理器接收到控制按键1指令，通过数字时序控制时基电阻阻值大小，进而改变输出的电压频率；
逆变电路4是常规的逆变电路，只要是能够实现将低压直流逆变为低压交流的功能即可；A/D转换电路9是常规的A/D转换电路，只要是能够实现模拟信号转换为数字信号功能即可；信号调理电路8是常规的信号调理电路，只要是能够实现信号的滤波放大功能即可；
使用时，先通过输出线缆将线圈的两端分别连接到两个输出接口14上，将温度检测模块7放置在线圈上；再开启总开关12，升压变压器5的二次端通过被测线圈形成回路；
使用过程中，用户首先通过控制按键1输入所需要的交流电压的幅值、频率及过流时、过温时的阈值，控制电路2根据用户的操作控制逆变电路4改变频率和幅值，输出对应频率下的低压交流波形，低压交流波形经过升压变压器5转变为所需要的高压交流波形；升压变压器5的二次输出端通过线圈形成回路，给线圈供电，在此高压交流电的作用下，若线圈中存在非金属性短路故障，则故障点将产生放电通道，使波阻抗产生较大的变化，易被检测到；在检测的过程中，线圈侧设置温度检测模块7，实时测量线圈的温度，温度检测模块7将测量的温度值转换为对应的电压值，通过信号调理电路8滤波放大、A/D转换电路9模数转换后发送给控制电路2，控制电路2内置算法会将被测点温度和过温阈值进行比较，若温度超过阈值，则控制电路2将断开低压直流电源3与逆变电路4的连接，保障被测线圈的安全；同时电流互感器6和信号调理电路8共地，电流互感器6两端的电流值通过信号调理电路8滤波放大、A/D转换电路9模数转换后发送给控制电路2，控制电路2内置算法会将电流互感器6两端的电流值和过流阈值进行比较，若电流超过阈值，则控制电路2将断开低压直流电源3与逆变电路4的连接，保障被测线圈、检测装置和工作人员的安全；
在右挡板20和筒体21封闭端上开有供螺杆23穿插的开口，右挡板20上的开口与筒体21的内部空腔的口径相同，螺杆23穿过筒体21中心，并且与左挡板16、右挡板20、活动挡板19相垂直；螺杆23的另一端从筒体21的封闭端开始穿入，依次穿过筒体21和右挡板20；筒体21封闭端上的开口比螺杆23口径稍大，但比弹簧25和螺母22的口径小；温度传感器15安装在左挡板16中间处，并且左挡板16上的保护层中设有供温度传感器15放置的开口，温度传感器15与左挡板16上的保护层17表面相持平；保护层17为采用硅胶做成，避免夹持线圈过程对线圈造成损坏；通过辅助板26和按板24可以便于将按板24拉扯离开按板24，使得左挡板16和活动挡板19分离，便于将线圈放置在左挡板16和活动挡板19之中；通过螺母22可以调节左挡板16与活动挡板19之间的间距，避免夹持线圈的压力过大；松开按板24，在弹簧25的作用下，左挡板16和活动挡板19可以相互配合夹紧线圈；
逆变电路4和升压变压器5安装在靠近散热风机的位置处，便于散热风机将逆变电路4和升压变压器5产生的热量排走。
Claims (1)
1.一种直流逆变型线圈匝间短路故障用交流发生器，其特征在于：包括壳体（11）、控制电路（2）、低压直流电源（3）、逆变电路（4）、升压变压器（5）、电流互感器（6）、温度检测模块（7）、信号调理电路（8）和A/D转换电路（9）；
所述的控制电路（2）、低压直流电源（3）、逆变电路（4）、升压变压器（5）、电流互感器（6）、信号调理电路（8）和A/D转换电路（9）均安装在壳体（11）内；所述的壳体（11）的前端面板上设有控制按键（1）、总开关（12）、充电接口（13）和两个输出接口（14）；
所述的控制按键（1）的输出端与控制电路（2）相连；所述的控制电路（2）与逆变电路（4）相连；所述的逆变电路（4）的输出端与升压变压器（5）的输入端相连；所述的升压变压器（5）的一个输出端与其中的一个输出接口相连，另一个输出端与另一个输出接口相连；所述的电流互感器（6）设置在变压器（5）的输出端线缆上；
所述的温度检测模块（7）、电流互感器（6）均与信号调理电路（8）相连；所述的信号调理电路（8）的输出端与A/D转换电路（9）的输入端相连；所述的A/D转换电路（9）的输出端与控制电路（2）相连；
所述的控制电路（2）、逆变电路（4）、A/D转换电路（9）、信号调理电路（8）、温度检测模块（7）均与低压直流电源（3）电相连；所述的低压直流电源（3）的输出端导线上连接有总开关（12），低压直流电源（3）还与充电接口（13）相连；
所述的控制电路（2）包括电路板、以及集成在电路板上的处理器、定时器和存储器；所述的处理器采用低功耗STM32F103RBT6型处理器；所述的定时器、存储器分别与处理器相连接；所述的处理器、定时器、存储器分别与低压直流电源（3）电相连；
所述的温度检测模块（7）包括基座、筒体（21）和螺杆（23）；所述的基座包括底板（18）、安装在底板（18）一端的左挡板（16）和安装在底板（18）另一端的右挡板（20）；所述的筒体（21）的一端封闭，另一端安装在右挡板（20）的外侧面上；所述的螺杆（23）的一端上安装有按板（24），另一端依次穿过筒体（21）和右挡板（20），并且安装有活动挡板（19）；所述的筒体（21）侧面安装有辅助板（26）；在所述的按板（24）与筒体（21）封闭端外侧之间的一段螺杆上设有螺母（22）；所述的活动挡板（19）与筒体（21）封闭端内侧之间的一段螺杆上设有弹簧（25）；所述的左挡板（16）和活动挡板（19）的内侧面均设有保护层（17）；所述的左挡板（16）内侧面上还设有温度传感器（15）；
所述的壳体（11）上端面和底面均设有透气孔（10）；在所述的壳体（11）上端面的透气孔内侧安装有散热风机；所述的散热风机与低压直流电源（3）电相连。
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-
2018
- 2018-11-23 CN CN201811408230.6A patent/CN109507458B/zh active Active
Patent Citations (5)
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| 基于重复脉冲法的变压器绕组匝间短路故障诊断;唐治平;彭敏放;李光明;万勋;刘荣胜;;电力自动化设备(10);全文 * |
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