CN114184878A - 一种断路器短路性能测试电路 - Google Patents

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李文广
胡稼伟
孙晓东
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Abstract

本发明涉及一种断路器短路性能测试电路，包括数据采集模块，控制模块和至少一个测试电路模块，测试电路模块为2个以上时，各路输出并联后加载到待测断路器上，每个测试电路模块包括包括反馈放大电路，IGBT管组I和为IGBT管组供电的电源V；反馈放大器的同相端由数据采集模块DAC转换通道提供控制电压，反馈放大器的输出端连接到IGBT管组I的栅极；微欧级检流电阻的一端接入受控增益放大器的同相端，另一端通过输入电阻R2接入受控增益放大器的反相端；受控增益放大器的反相端与其输出端之间接反馈电阻，受控增益放大器的输出端接入反馈放大器的反相端，同时输出的电压被数据采集模块的ADC采集通道所采集。

Description

一种断路器短路性能测试电路
技术领域
本发明涉及一种电力系统检测领域，具体涉及到断路器的短路性能测试电路及方法。
背景技术
随着电力技术的快速发展，各种大功率用电器层出不穷，断路器在保护昂贵设备免受故障方面发挥着至关重要的作用即以可靠的方式连接和断开电源。为了保护电器设备，断路器的使用量迅猛增加。这就需要定期仔细测试，以使断路器的安全可靠性得到保证，而对断路器短路性能的测试更是检验断路器是否合格的重要指标。当电路突然发生短路时，会产生大电流，对后续设备造成损耗，这时断电器会进行断电保护。在进行断路器短路性能的测试时，如何产生断路器额定或超出额定的大电流进行测试变得至关重要。
现有的断路器短路性能检测设备体积庞大且测试价格昂贵，因此有必要提供一种结构简单，可以精确控制短路电流值的断路器短路性能测试电路。
发明内容
本发明提供一种结构简单，可以精确控制短路电流值的断路器短路性能测试电路，用来产生对断路器进行短路性能检测的大电流。本发明的目的是采用以下技术方案实现的：
本发明首先提供一种用于断路器短路性能测试的电路模块，其特征在于，
包括反馈放大电路，IGBT管组I和为IGBT管组供电的电源V，其中，
IGBT管组I的各个IGBT栅极，集电极和发射极分别相互连接，IGBT管组的集电极接电源V，为IGBT管组I供电；
反馈放大电路，包括反馈放大器，微欧级检流电阻RS，输入电阻R2，反馈电阻R3和受控增益放大器；
反馈放大器的同相端由数据采集模块DAC转换通道提供控制电压，反馈放大器的输出端连接到IGBT管组I的栅极；
微欧级检流电阻RS，连接在IGBT管组I的发射极与GND之间，微欧级检流电阻的一端接入受控增益放大器的同相端，另一端通过输入电阻R2接入受控增益放大器的反相端；
受控增益放大器的反相端与其输出端之间接反馈电阻，受控增益放大器的输出端接入反馈放大器的反相端，同时输出的电压被数据采集模块的ADC采集通道所采集。
进一步地，微欧级检流电阻RS的一端通过0欧电阻接入受控增益放大器的同相端。
进一步地，反馈放大器的输出端通过缓冲电阻连接到IGBT管组的栅极。
进一步地，受控增益放大器采用双极性供电。
进一步地，反馈放大器采用双极性供电。
本发明同时提供一种采用上述电路模块的断路器短路性能测试电路，包括数据采集模块，控制模块和至少一个测试电路模块，测试电路模块为2个以上时，各路输出并联后加载到待测断路器上，其特征在于：
每个测试电路模块包括反馈放大电路，IGBT管组和为IGBT管组供电的电源V，其中，
IGBT管组的各个IGBT管的栅极，集电极和发射极分别相互连接，IGBT管组的集电极接电源V，为IGBT管组I供电；
反馈放大电路6，包括反馈放大器7，微欧级检流电阻RS，输入电阻R2，反馈电阻R3和受控增益放大器8；
反馈放大器7的输出端连接到IGBT管组的栅极；
微欧级检流电阻RS，连接在IGBT管组的发射极与GND之间，微欧级检流电阻RS的一端接入受控增益放大器的同相端，另一端通过输入电阻接入受控增益放大器的反相端；
受控增益放大器的反相端与其输出端之间接反馈电阻，受控增益放大器的输出端接入反馈放大器的反相端；
数据采集模块包括多路分别受控制模块控制的至少一路DAC转换通道和至少一路ADC采集通道，DAC转换通道输出的控制电压接入反馈放大器的同相端；ADC采集通道所采集的受控增益放大器的输出电压信号被送入控制模块。
进一步地，微欧级检流电阻RS的一端通过0欧电阻接入受控增益放大器的同相端。
进一步地，反馈放大器的输出端通过缓冲电阻连接到IGBT管组的栅极。
进一步地，受控增益放大器采用双极性供电。
进一步地，反馈放大器采用双极性供电。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的断路器短路性能测试电路包括多个电路模块，每个电路模块通过反馈放大电路6，一个IGBT管组I，电源V来实现得到数控可调的精确大电流。多个相同的此测试电路模块并联连接，即多个流过检流电阻RS的电流叠加，可得到几千甚至上万安培的大电流，将断路器接在由多个相同测试电路并联后的几千甚至上万安培的产生大电流的路径中，以用于对断路器短路性能进行测试。测试电路简单明了，方便制作，成本低廉，且灵活性高，体积小，方便使用。
(2)多个相同的测试电路模块并联连接可配置不同大小的电流以供使用，以使产生的电流大小数控可调，大大增加了测试电路的灵活性，以用于测量多种不同规格断路器的短路性能。
附图说明
图1是本发明提供的一种用于断路器短路性能测试的电路模块(也称为用于断路器短路性能测试的电路模块)原理图。
图2是本发明提供的一种断路器短路性能测试电路结构图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案、目的和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
本发明的测试电路包括多个可以通过反馈控制得到精确电流值的电路模块，通过多个相同的电路模块并联连接可以产生几千甚至上万安培的大电流，将断路器接在由多个相同电路模块并联后产生的大电流路径中，来进行断路器的短路性能测试,可以检验断路器在发生短路时是否会断开来保护后续设备，以及多长时间能够触发断开操作，来确定用于测试的断路器性能是否合格。
如图1所示为本发明的用于断路器短路性能测试测试的电路模块，包括反馈放大电路6，数据采集模块U，IGBT管组I，电源V；
所述的反馈放大电路6包括反馈放大器7，微欧级检流电阻RS，输入电阻R2，反馈电阻R3和受控增益放大器8。反馈放大电路中的反馈放大器7采用双极性供电，反馈放大器7的同相端接由控制模块通过DAC转换通道输出的控制电压，反馈放大器7的反相端连接受控增益放大器8的输出端，反馈放大电路6通过调整反馈放大器7输出给IGBT管组I的控制电压来控制IGBT管组I输出经过微欧级检流电阻RS的电流大小，从而使微欧级检流电阻RS两端电压经过受控增益放大器8的放大后，流入反馈放大器7的反相端，以此构成反馈回路。根据运放“虚短虚断”特性，反馈放大器7的反相输入端电压等于数据采集模块U中DAC输出的电压。微欧级检流电阻RS的一端连接在IGBT管组I的发射极并通过一个0欧电阻R4接入受控增益放大器8的同相端，微欧级检流电阻RS的另一端连接GND并通过一个输入电阻R2接入受控增益放大器8的反相端，即受控增益放大器8放大的是微欧级检流电阻RS两端的电压差。反馈放大电路6中的受控增益放大器8采用双极性供电，受控增益放大器8的同相端通过0欧电阻R4接IGBT管组I的发射极，受控增益放大器8的反相端与GND之间接输入电阻R2，受控增益放大器8的反相端与受控增益放大器8的输出端之间接反馈电阻R3。受控增益放大器8的输出端接入反馈放大器7的反相端，其中受控增益放大器8的压摆率应大于或等于反馈放大器7的压摆率，保证反馈信号及时送达。受控增益放大器8的放大增益由输入电阻R2和反馈电阻R3共同决定，公式为G＝1+R3/R2。输出的电压为微欧级检流电阻RS两端电压经过受控增益放大器8放大(1+R3/R2)倍得来，同时被ADC采集通道所采集。
所述数据采集模块U包括分别受控制模块控制的多路DAC转换通道和多路ADC采集通道，其中DAC转换通道输出控制电压接入反馈放大器7的同相端，通过反馈放大器7为IGBT管组I提供控制电压。ADC采集通道采集受控增益放大器8的输出电压。该输出电压由反馈网络调节根据运算放大器的“虚短虚断”特性可知与DAC输出的控制电压大小相同。
所述IGBT管组I包括三个IGBT管，它们的栅极，集电极和发射极各自相互连接，其中集电极和发射极各自相互连接。IGBT管组I的栅极通过一个缓冲电阻R1连接在反馈放大器7的输出端，反馈放大器7的输出电压为IGBT管组I的栅极提供控制电压，IGBT管组I的集电极接电源V，为IGBT管组I提供电压。IGBT管组I的发射极连接微欧级检流电阻RS，使产生的发射级电流流过微欧级检流电阻RS。
所述电源V连接IGBT管组I的集电极。
如图2为本发明提供的一种断路器短路性能测试电路的总体结构图，包括控制模块C，数据采集模块U，多个相同的测试电路模块T的并联连接电路，断路器D。所述控制模块C中包括通讯模块A，显示模块B和数据预设模块X。
控制模块C采用台式计算机进行控制，使用有线连接实现其与数据采集模块U和测试电路的互联和通讯功能。通讯模块A实现控制模块与其他电路和模块之间进行信息交换。为使测试情况可视化，显示模块B采用液晶显示，使用人性化人机交互界面以对测试系统进行监控，通过对ADC采集到的电压进行计算，得到测试电路输出电流，将测试电路输出电流和测试时间展示在显示模块B上，方便检测人员更好的观察测试系统的工作情况。通过数据预设模块X通过设置DAC输出的控制电压和通电时间的方法实现对测试电流设置和测试时间设置。
数据采集模块U包括多路分别受控制模块C控制的DAC转换通道和ADC采集通道，DAC转换通道为测试电路提供控制电压，通过反馈控制使输出电流数控可调。数据采集模块U中ADC采集到微欧级检流电阻RS两端电压经过受控增益放大器得到的电压。采集到的电压根据运放“虚短虚断”特性应等于DAC转换通道输出的控制电压。已知受控增益放大器的增益，即可得到微欧级检流电阻RS两端电压，已知微欧级检流电阻RS阻值，则可得到流过微欧级检流电阻RS的电流。经过多个相同测试电路模块T的并联连接，将每一个测试电路模块T产生的流过相应微欧级检流电阻RS的电流叠加，可以得到几千甚至上万安培的大电流。将断路器连在由多个相同断路器短路性能测试电路并联后产生的几千甚至上万安培的大电流路径中，以进行断路器的短路性能测试。检测断路器在发生短路情况产生大电流时，能否进行断电保护，以及做出断电反应所需的时间。来分析断路器的短路性能是否合格。
以上实例仅用以说明本发明的技术构思及特点而非对其限制，其目的在于让本领域中普通的技术人员理解：其依然可以对前述各实例所记载的技术方案进行修饰，或者对其中部分技术特征进行等效变换；而未脱离本发明精神实质和范围的任何修饰和等效变换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种用于断路器短路性能测试的电路模块，包括反馈放大电路，IGBT管组I和为IGBT管组供电的电源V，其特征在于，
IGBT管组I的各个IGBT栅极，集电极和发射极分别相互连接，IGBT管组的集电极接电源V，为IGBT管组I供电；
反馈放大电路，包括反馈放大器，微欧级检流电阻RS，输入电阻R2，反馈电阻R3和受控增益放大器；
反馈放大器的同相端由数据采集模块DAC转换通道提供控制电压，反馈放大器的输出端连接到IGBT管组I的栅极；
微欧级检流电阻RS，连接在IGBT管组I的发射极与GND之间，微欧级检流电阻的一端接入受控增益放大器的同相端，另一端通过输入电阻R2接入受控增益放大器的反相端；
受控增益放大器的反相端与其输出端之间接反馈电阻，受控增益放大器的输出端接入反馈放大器的反相端，同时输出的电压被数据采集模块的ADC采集通道所采集。
2.根据权利要求1所述的电路模块，其特征在于，微欧级检流电阻RS的一端通过0欧电阻接入受控增益放大器的同相端。
3.根据权利要求1所述的电路模块，其特征在于，反馈放大器的输出端通过缓冲电阻连接到IGBT管组的栅极。
4.根据权利要求1所述的电路模块，其特征在于，受控增益放大器采用双极性供电。
5.根据权利要求1所述的电路模块，其特征在于，反馈放大器采用双极性供电。
6.一种断路器短路性能测试电路，包括数据采集模块，控制模块和至少一个测试电路模块，测试电路模块为2个以上时，各路输出并联后加载到待测断路器上，其特征在于：
每个测试电路模块包括反馈放大电路，IGBT管组和为IGBT管组供电的电源V，其中，
IGBT管组的各个IGBT管的栅极，集电极和发射极分别相互连接，IGBT管组的集电极接电源V，为IGBT管组I供电；
反馈放大电路，包括反馈放大器，微欧级检流电阻RS，输入电阻R2，反馈电阻R3和受控增益放大器；
反馈放大器的输出端连接到IGBT管组的栅极；
微欧级检流电阻RS，连接在IGBT管组的发射极与GND之间，微欧级检流电阻RS的一端接入受控增益放大器的同相端，另一端通过输入电阻接入受控增益放大器的反相端；
受控增益放大器的反相端与其输出端之间接反馈电阻，受控增益放大器的输出端接入反馈放大器的反相端；
数据采集模块，包括多路分别受控制模块控制的至少一路DAC转换通道和至少一路ADC采集通道，DAC转换通道输出的控制电压接入反馈放大器的同相端；ADC采集通道所采集的受控增益放大器的输出电压信号被送入控制模块。
7.根据权利要求6所述的断路器短路性能测试电路，其特征在于，微欧级检流电阻RS的一端通过0欧电阻接入受控增益放大器的同相端。
8.根据权利要求6所述的断路器短路性能测试电路，其特征在于，反馈放大器的输出端通过缓冲电阻连接到IGBT管组的栅极。
9.根据权利要求6所述的断路器短路性能测试电路，其特征在于，受控增益放大器采用双极性供电。
10.根据权利要求6所述的断路器短路性能测试电路，其特征在于，反馈放大器采用双极性供电。
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