CN111880009B - 一种中压熔断器熔体电阻精确测量电路及其测量方法 - Google Patents

一种中压熔断器熔体电阻精确测量电路及其测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种中压熔断器熔体电阻精确测量电路及其测量方法，测量电路包括：可调交流电压源、升流器、交流电压测量模块和交流电流测量模块；升流器的原边绕组与可调交流电压流源两端连接，副边绕组与熔断器两端连接，通过调整可调交流电压源的输出电压使升流器输出设定电流；交流电压测量模块和交流电流测量模块分别实时测量各个电流下熔断器两端电压和流过电流，计算各个电流下熔断器的阻值R＝U/I*cosθ。针对熔断器熔体电阻测量值与测量电流大小有关，自动测量多个电流下熔体的电阻值；针对采用交流电源时电阻测量大小与频率有关，计算得到的阻值的结果考虑了感抗的影响，使测试结果更准确。

Description

一种中压熔断器熔体电阻精确测量电路及其测量方法
技术领域
本发明涉及供电安全领域，尤其涉及一种中压熔断器熔体电阻精确测量电路及其测量方法。
背景技术
目前中压熔断器熔体电阻的测量方法，一般采用外接法，如图1所示为现有技术中外接法测量电阻的电路原理图，熔体电阻R＝U/I。外接法测量熔体电阻按照使用的电源可分为直流法、交流法和脉冲法，按照测试原理分为：欧姆定律法、相对法、平衡桥法。
如图2所示为熔断器熔体的等效电路图，由图2可知，中压熔断器熔体电阻值一般在几个mΩ附近，熔体长度在20～30cm,熔体的实际等效阻抗应该为：Z＝R+ωLj。测试频率越高，电感的影响越大。由于中压熔断器熔体的R很小，在工频电源情形下，电感达到零点几μH,由于电感感抗达到0.1mΩ,ωL同R相比，不能忽略ωL的存在。
万用表测量法属于一种直流测量方法。但由于中压熔断器熔体电阻阻值很小，用万用表法测量时，误差较大；直流相对法需要提供基准电阻值；大电流下的直流欧姆定律法虽然准确，但纹波小的大型直流电源不好获取，价格高；稳定的脉冲源价格也不便宜。由于没有考虑熔体测试回路的电感，测试结果误差大，测试精度不高。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种中压熔断器熔体电阻精确测量电路及其自动测量方法，解决现有技术中不能精确测量不同电流下中压熔断器熔体电阻的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种中压熔断器熔体电阻精确测量电路，包括：可调交流电压源、升流器、交流电压测量模块和交流电流测量模块；
所述升流器的原边绕组与可调交流电压源两端连接，副边绕组与熔断器两端连接，通过调整所述可调交流电压源的输出电压使升流器输出各个电流；
所述交流电压测量模块和所述交流电流测量模块分别实时测量各个电流下熔断器两端电压和流过电流，计算各个电流下所述熔断器的阻值R＝U/I*cosθ，其中，U为熔断器两端工频电压幅值，I为经过熔断器的工频电流幅值，θ为电压矢量与电流矢量之间相角。
本发明的有益效果是：针对电阻测量值与测量电流大小有关，测量多个电流下的电阻值；针对采用交流电源时电阻测量大小与频率有关，计算得到的阻值的结果考虑了感抗的影响，使测试结果更准确。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，一种中压熔断器熔体电阻精确测量电路的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：
步骤1，缓慢调节所述自耦变压器T1输出电压的大小，使所述升流器能够输出各个电流；
步骤2，用三个通道同步采集所述高精度电压互感器PT两端的电压u1、熔断器两端电压u以及经过熔断器的电流i；
步骤3，根据电压u1计算电网频率f,根据电网频率f计算所述熔断器两端工频电压幅值和相位φu以及流过所述熔断器的工频电流幅值I和相位φi，计算各个电流i下所述熔断器的阻值R＝U/I*cos(φu-φi)。
进一步，所述可调交流电压源包括：自耦变压器T1、高精度电压互感器PT和交流电源；
所述自耦变压器T1的输入端以及所述高精度电压互感器PT的两端均分别与所述交流电源的两端连接，所述自耦变压器T1的输出端作为所述可调交流电压源的输出端。
进一步，所述交流电流测量模块包括与所述熔断器串联的零磁通电流互感器CT，所述熔断器与所述零磁通电流互感器CT串联后两端分别连接所述升流器的副边绕组；
测量的所述零磁通电流互感器CT的电流为经过所述熔断器的电流。
进一步，所述步骤1之前还包括：
设置所述熔断器的最小熔断电流和电流增量ΔI的大小；
所述步骤1中所述升流器输出各个电流的大小必须小于最小熔断电流的大小，各个电流的大小等于上一次电流的大小加上所述电流增量ΔI；
所述步骤1中所述升流器输出各个电流的过程中，通过设置程序控制步进直流电机，缓慢调节自耦调压器输出大小，然后不断读取所述零磁通电流互感器CT的电流测量值，当电流误差小于规定值时终止调压。
进一步，所述步骤1之前还包括：设置通流时间Δt；
所述步骤2之前还包括：输出电流后等待一段时间Δt，让熔体温度达到稳态。
进一步，所述步骤1输出任一电流后，所述步骤2中采集设定次数的电压u1、电压u以及电流i，所述步骤3中取各次计算的所述熔断器的阻值的平均值作为该输出电流对应的所述熔断器的阻值。
进一步，所述步骤3中，利用整周期移相法，根据电压u1计算电网频率f；
根据电网频率f计算工频电压幅值和相位φu以及工频电流幅值I和相位φi的过程包括：根据电网频率f，计算出整周期采样点数N；利用DFT算法计算所述工频电压幅值U和相位φu以及工频电流幅值I和相位φi。
进一步，所述步骤3之后还包括：步骤4，根据各个电流i下的R值，建立R-i曲线。
采用上述进一步方案的有益效果是：测试电流大小可以设置，通过设置程序控制步进直流电机，控制输出电压，进一步控制输出电流，实现电流的自动调节；电源采用AC220V电源即可，比较方便；采用中压升流器，测试端输出电压很小，保证测试安全；电流可调范围大，可调范围为0-3kA；直接同步采集三个数据进行直接计算可以得到熔体电阻值，测试耗时短，可以进行全自动测试，不需要进行人工干预；测试电流可以根据实际情况人为设置，按照设置的电流增量，自动测量得到各个电流对应的熔体电阻值；根据程序设定，可以自动绘出熔断器电阻R-i曲线，能充分反映熔断器的现有状态。
附图说明
图1为现有技术中外接法测量电阻的电路原理图；
图2为熔断器熔体的等效电路图；
图3为本发明提供的一种中压熔断器熔体电阻精确测量电路的实施例的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明提供的一种中压熔断器熔体电阻精确测量电路包括：可调交流电压源、升流器T2、交流电压测量模块和交流电流测量模块。
升流器T2的原边绕组与可调交流电压源两端连接，副边绕组与熔断器两端连接，通过调整交流电压源的输出电压使升流器T2输出各个电流。
交流电压测量模块和交流电流测量模块分别实时测量各个电流下熔断器两端电压和流过电流，计算各个电流下熔断器的阻值R＝U/I*cosθ，其中，U为熔断器两端工频电压幅值，I为经过熔断器的工频电流幅值，θ为电压矢量与电流矢量之间相角。
本发明提供的一种中压熔断器熔体电阻精确测量电路，针对电阻测量值与测量电流大小有关，测量多个电流下的电阻值；针对采用交流电源时电阻测量大小与频率有关，计算得到的阻值的结果考虑了感抗的影响，使测试结果更准确。
实施例1
本发明提供的实施例1为本发明提供的一种中压熔断器熔体电阻精确测量电路的实施例，如图3所示为本发明提供的一种中压熔断器熔体电阻精确测量电路的实施例的电路原理图，由图3可知，该测量电路包括：可调交流电压源、升流器T2、交流电压测量模块和交流电流测量模块。
升流器T2的原边绕组与可调交流电压源两端连接，副边绕组与熔断器两端连接，通过调整可调交流电压源的输出电压使升流器T2输出各个电流。
优选的，可调交流电压源包括：自耦变压器T1、高精度电压互感器PT和交流电源。
自耦变压器T1的输入端以及高精度电压互感器PT的两端均分别与交流电源的两端连接，自耦变压器T1的输出端作为可调交流电压源的输出端。
具体的，交流电源可以为220V；自耦变压器T1利用步进电机调整数输出电压，电压可调范围是0～220V；高精度电压互感器PT交流输出3.0V；T3是一个中压升流器，电流可调0～3kA。
交流电压测量模块和交流电流测量模块分别实时测量各个电流下熔断器两端电压和流过电流，计算各个电流下熔断器的阻值R＝U/I*cosθ，其中，U为熔断器两端工频电压幅值，I为经过熔断器的工频电流幅值，θ为电压矢量与电流矢量之间相角。
优选的，交流电流测量模块包括与熔断器串联的零磁通电流互感器CT，熔断器与零磁通电流互感器CT串联后两端分别连接升流器T2的副边绕组。测量的零磁通电流互感器CT的电流为经过熔断器的电流。
本发明提供的一种中压熔断器熔体电阻精确测量电路的实施例中，测试电流大小可以设置，并可自动调节；电源采用AC220V电源即可，比较方便；采用中压升流器，测试端输出电压很小，保证测试安全；电流可调范围大，可调范围为0-3kA。
实施例2
本发明提供的实施例2为本发明提供的一种本发明提供的一种中压熔断器熔体电阻精确测量电路的测量方法的实施例，该测量方法包括：
设置熔断器的最小熔断电流、电流增量ΔI的大小以及通流时间Δt。
步骤1，缓慢调节自耦变压器T1输出电压的大小，使升流器T2输出各个电流。
优选的，升流器T2输出各个电流的大小必须小于最小熔断电流的大小，各个电流的大小等于上一次电流的大小加上电流增量ΔI。
升流器T2输出各个电流的过程中，通过设置程序控制步进直流电机，缓慢调节自耦调压器输出大小，然后不断读取零磁通电流互感器CT的电流测量值In，当电流误差In+1-In小于规定值时终止调压。
输出电流后等待一段时间Δt，让熔体温度达到稳态。
步骤2，用三个通道同步采集高精度电压互感器PT两端的电压u1、熔断器两端电压u以及经过熔断器的电流i。
采样频率100k/S,采样周期2.5个工频周期。
步骤3，利用整周期移相法，根据电压u1计算电网频率f。根据电网频率f，计算出整周期采样点数N。利用DFT算法计算熔断器两端工频电压幅值和相位φu以及流过熔断器的工频电流幅值I和相位φi，计算各个电流i下熔断器的阻值R＝U/I*cos(φu-φi)。
电压矢量与电流矢量之间相角θ＝φu-φi。
优选的，步骤1输出任一电流后，步骤2中采集设定次数的电压u1、电压u以及电流i，步骤3中取各次计算的熔断器的阻值的平均值作为该输出电流对应的熔断器的阻值。
例如可以设置为十次，设置测试次数n，n的初始值为0，步骤1输出电流后，每次计算出一个电阻值对n进行加1，n等于十时，计算各个电阻值的平均值后输出，并将n归零，进行下一个电流的计算。
在一定条件下，对于一个给定的熔断器，当电流固定时，熔断器温升是个定值，其电阻发生较大变化。例如纯银的电阻温升系数为3.5×10-3，100℃的温升，电阻变化达到1.35倍。因此，在最低熔断电流下，根据熔断器电阻变化情况，可以判断熔断器熔体的质量。
优选的，步骤3测试完成后，输出并显示结果，并对自耦变压器T1回零，还包括：步骤4，根据各个电流i下的R值，建立R-i曲线。终止测量。
本发明提供的一种提供的一种中压熔断器熔体电阻精确测量电路的测量方法的实施例中，直接同步采集三个数据进行直接计算可以得到熔体电阻值，测试耗时短，可以进行全自动测试，不需要进行人工干预；测试电流可以根据实际情况人为设置，按照设置的电流增量，自动测量得到各个电流对应的熔体电阻值；根据程序设定，可以自动绘出熔断器电阻R-i曲线，能充分反映熔断器的现有状态。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种中压熔断器熔体电阻精确测量电路，其特征在于，所述测量电路包括：可调交流电压源、升流器、交流电压测量模块和交流电流测量模块；
所述升流器的原边绕组与可调交流电压源两端连接，副边绕组与熔断器两端连接，通过调整所述可调交流电压源的输出电压使升流器输出设定电流；
所述交流电压测量模块和所述交流电流测量模块分别实时测量各个电流下熔断器两端的电压u和流过熔断器的电流i，计算各个电流下所述熔断器的阻值
R＝U/I*cosθ，其中，U为熔断器两端的工频电压幅值，I为经过熔断器的工频电流幅值，θ为电压矢量与电流矢量之间相角；根据各个电流i下的R值，建立R-i曲线；
所述可调交流电压源包括：交流电源、自耦变压器T1和高精度电压互感器PT；所述自耦变压器T1的输入端以及所述高精度电压互感器PT的两端均分别与所述交流电源的两端连接，所述自耦变压器T1的输出端作为所述可调交流电压源的输出端；
所述交流电流测量模块包括与所述熔断器串联的零磁通电流互感器CT，所述熔断器与所述零磁通电流互感器CT串联后两端分别连接所述升流器的副边绕组；测量的所述零磁通电流互感器CT的电流为经过所述熔断器的电流。
2.一种根据权利要求1所述的测量电路的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：
步骤1，缓慢调节所述自耦变压器T1输出电压的大小，使所述升流器输出各个电流；
步骤2，用三个通道同步采集所述高精度电压互感器PT两端的电压u1、熔断器两端的电压u以及经过熔断器的电流i；
步骤3，根据电压u1精确计算电网频率f，根据电网频率f计算所述熔断器两端的工频电压幅值U和相位φu以及流过所述熔断器的工频电流幅值I和相位φi，计算各个电流i下所述熔断器的阻值R＝U/I*cos(φu-φi)。
3.一种根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述步骤1之前还包括：
设置所述熔断器的最小熔断电流和电流增量ΔI的大小；
所述步骤1中所述升流器输出各个电流的大小必须小于最小熔断电流的大小，各个电流的大小等于上一次电流的大小加上所述电流增量ΔI；
所述步骤1中所述升流器输出各个电流的过程中，通过设置程序控制步进直流电机，缓慢调节自耦调压器输出大小，稳定后不断读取所述零磁通电流互感器CT的电流测量值In，当电流误差In+1-In小于规定值时终止调压。
4.一种根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述步骤1之前还包括：设置通流时间Δt；
所述步骤2之前还包括：输出电流后等待一段时间Δt，让熔体温度达到稳态。
5.一种根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述步骤1输出任一电流后，所述步骤2中采集设定次数的电压u1、电压u以及电流i，所述步骤3中取各次计算的所述熔断器的阻值的平均值作为该输出电流对应的所述熔断器的阻值。
6.一种根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述步骤3中，利用整周期移相法，根据电压u1计算电网频率f；
根据电网频率f计算所述熔断器两端的工频电压幅值U和相位φu以及流过所述熔断器的工频电流幅值I和相位φi的过程包括：根据电网频率f，计算出整周期采样点数N；利用DFT算法计算所述熔断器两端的工频电压幅值U和相位φu以及流过所述熔断器的工频电流幅值I和相位φi。
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