CN218446422U

CN218446422U - 一种微型电流互感器校验仪控制系统

Info

Publication number: CN218446422U
Application number: CN202221789519.9U
Authority: CN
Inventors: 张�浩; 陈英杰; 陈永胜; 王智; 罗絮涵; 刘有虎
Original assignee: Shenyang Shanzhong Technology Co ltd
Current assignee: Shenyang Shanzhong Technology Co ltd
Priority date: 2022-07-12
Filing date: 2022-07-12
Publication date: 2023-02-03
Anticipated expiration: 2032-07-12

Abstract

一种微型电流互感器校验仪控制系统，所属仪器仪表技术领域，控制系统包括采集单元、处理单元、控制单元和显示单元等，采集单元包括数据采集模块，处理单元包括单片机控制器、仿真调试模块和滤波模块，控制单元包括输出控制继电器模块；显示单元包括输出触摸屏控制显示模块，用于控制输出触摸屏，输出触摸屏的初始界面包括通讯状态显示、百分表显示、比查表显示、角差表显示和互感器的接线状态显示等。本实用新型的控制系统配合电流电压发生器和微型标准电流互感器使用，校验整体性好，便于操作，仪器及控制系统参照微型电流互感器标准设计，能够满足0.02级及以下各级微型电流互感器的误差测量需求。

Description

一种微型电流互感器校验仪控制系统

技术领域

本实用新型属于仪器仪表技术领域，具体涉及一种微型电流互感器校验仪控制系统。

背景技术

在电力仪器中，一般设置有电流互感器，其依据电磁感应原理，将数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，因此电流互感器主要用于线路保护、电流测量和电器隔离。

随着电力仪器的技术水平不断发展，设备的体积也在不断减小，普通电流互感器常满足不了小型电力仪器的使用要求，而微型电流互感器与普通互感器相比，具有体积较小，精度较高的优势，精度等级可以达到0.1级，因此微型电流互感器应用越来越广泛。随之对于微型电流互感器的精度要求也越来越高。另外，在不同环境下长期使用也会使微型电流互感器产生误差，使输出电流产生较大的偏差。这就需要在生产或使用中，对微型电流互感器进行精确校验，以满足电力仪器的使用要求。

但微型电流互感器的二次电流已经超出了传统的互感器校验仪下限测量范围，工作电流非常小，在差流回路进行量程变换受到了校验仪的灵敏度限制，使传统的校验仪不能用于微型电流互感器误差测量。这就需要针对微型电流互感器设计专门的校验设备，以能够满足微型电流互感器的校验标准。

实用新型内容

为了满足对微型电流互感器进行精确校验的要求，本实用新型提供一种微型电流互感器校验仪控制系统，该微型电流互感器校验仪配合电流电压发生器和微型标准电流互感器使用，校验整体性好，便于操作，仪器及控制系统参照微型电流互感器标准设计，能够满足0.02级及以下各级微型电流互感器的误差测量需求。其具体技术方案如下：

一种微型电流互感器校验仪控制系统，控制系统包括采集单元、处理单元和控制单元，所述采集单元包括数据采集模块7，所述处理单元包括单片机控制器1、仿真调试模块2和滤波模块4，所述控制单元包括输出控制继电器模块6；所述数据采集模块7、仿真调试模块2、滤波模块4和输出控制继电器模块6分别连接单片机控制器1；所述仿真调试模块2为调试过程提供便捷；所述滤波模块4减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形平滑；所述输出控制继电器模块6用于控制切换量程；

所述单片机控制器1包括ATmega128单片机和时钟振荡器，所述ATmega128单片机连接时钟振荡器；所述单片机控制器1用于控制切换互感器档位，以及处理数据和控制显示；

所述控制系统还包括通讯单元，所述通讯单元包括通讯模块5，所述通讯模块5连接单片机控制器1，所述通讯模块5的电路包括MAX232、MAX485、TLP181、TLP2309、二极管、电阻和电容；所述MAX232通讯连接口连接有TLP2309，所述MAX485通讯连接口连接有TLP181和TLP2309；所述MAX232和MAX485两种芯片同时输出；所述MAX232还连接有电容，所述MAX485还连接有二极管和电阻；所述通讯模块5用于接收上位机命令并将数据传输给上位机；所述TLP181和TLP2309把输出的信号变成光信号，再还原成电信号，实现信号的传递和电路的隔离，防止前级电路的信号干扰到后级电路信号的准确性；

所述数据采集模块7的电路包括3个A/D转换器ICL7135、74HC14、基准电压源、电阻和电容，3个所述A/D转换器ICL7135分别连接有74HC14、电阻和电容；其中，1个所述 A/D转换器ICL7135连接基准电压源；所述数据采集模块7用于将经过滤波放大的信号进行采集处理。

上述技术方案中，所述控制系统还包括供电单元，所述供电单元包括电源模块3，所述电源模块3连接单片机控制器1；所述电源模块3为整个电路提供工作电压。

上述技术方案中，所述控制系统还包括警示单元，所述警示单元包括报警提示模块8和错误提示判断信号模块9，所述报警提示模块8和错误提示判断信号模块9分别连接单片机控制器1；所述报警提示模块8用于在发生错误时发出提示音；所述错误提示判断信号模块9 用于通过信号范围判断测试状态，并给单片机控制器1传递对应信号。

上述技术方案中，所述控制系统还包括指示单元，所述指示单元包括工作指示模块10，所述工作指示模块10连接单片机控制器1；所述工作指示模块10用于工作正常指示灯亮。

上述技术方案中，所述控制系统还包括显示单元，所述显示单元包括输出触摸屏控制显示模块11，所述输出触摸屏控制显示模块11连接单片机控制器1，所述输出触摸屏控制显示模块11设置有输出触摸屏，用于显示数据，并根据设置范围判断误差是否超限，超限及错误提示；所述输出触摸屏控制显示模块11设置有报警提示器，用于互感器误差范围判断的报警提示；

所述输出触摸屏控制显示模块11采用MAX232ECDR芯片，MAX232ECDR芯片连接有 2个TLP2309高速光耦合器；

所述输出触摸屏的电路包括4个并联的发光二极管，每个发光二极管串联有74HC14和电阻。

上述技术方案中，所述输出触摸屏控制显示模块11控制输出触摸屏，所述输出触摸屏为液晶显示屏。

上述技术方案中，所述输出触摸屏的初始界面包括通讯状态显示2.1、百分表显示2.2、比查表显示2.3、角差表显示2.4和互感器的接线状态显示2.5；所述通讯状态显示2.1用于显示通讯正常或通讯故障；所述互感器的接线状态显示2.5用于显示工作正常或开路或反接。

上述技术方案中，所述输出触摸屏的初始界面还包括测试按键3.1、精度范围设置按键 3.2、测试点设置按键3.3、参数设置按键3.4、说明案件3.5和提示音开关3.6。

上述技术方案中，所述连接为电连接，所述电连接为有线或无线连接。

本控制系统的工作原理为：数据采集模块7将经过滤波放大的信号进行采集处理后传输给单片机控制器1，单片机控制器1根据触摸屏设置情况计算输出结果给触摸屏控制显示模块11进行显示，单片机控制器1同时给通讯模块5、输出控制继电器模块6、报警提示模块 8、错误提示判断信号模块9和工作指示模块10相应信号，各模块执行对应操作。

本实用新型的一种微型电流互感器校验仪控制系统，与现有技术相比，有益效果为：

一、本实用新型的控制系统配合电流电压发生器和微型标准电流互感器使用，校验整体性好，便于操作，仪器及控制系统参照微型电流互感器标准设计，能够满足0.02级及以下各级微型电流互感器的误差测量需求。

二、本实用新型控制系统单片机控制器使用Atmega128，采用先进的RISC结构，采用 AVR内核，拥有16MHz工作频率，具有高性能、低功耗、稳定性极高的优点。

三、本实用新型控制系统的通讯模块设置有MAX232、MAX485、TLP181和TLP2309，MAX232和MAX485两种芯片同时输出，能够根据用户需要选择对应传输方式，解决了客户想用485输出时还要加转换器的麻烦，与常规电路相比在单片机和MAX232、MAX485的通讯连接口增加了TLP181和TLP2309两种光耦芯片，TLP181和TLP2309把输出的信号变成光信号，然后再还原成电信号，实现信号的传递和电路的隔离，防止前级电路的信号干扰到后级电路信号的准确性。

四、本实用新型控制系统的数据采集模块由高准确度、CMOS单片4位半A/D转换器ICL7135和基准电压源、电阻电容等构成的，其优点：1、准确度高，在±20000计数范围内的准确度位±1个字。2、能够自动调零，保证在零伏输入时读数为零。3、输入阻抗高于10⁹Ω，输入漏电流仅1pA(典型值)，允许差分输入。ICL7135属于大规模集成电路，内部包括模拟电路和数字电路两大部分，其中模拟电路主要包括缓冲器、积分器、比较器、过零检测器、极性触发器以及4组模拟开关。每个A/D转换周期分成自动调零、正向积分、反向积分和零积分4个阶段。数字电路主要包括4位半计数器、锁存器、位选通及BCD码多路扫描电路、极性触发器、过零触发器和控制逻辑所组成。数据采集模块能够精准有效的将经过滤波放大的信号进行采集处理。

五、本实用新型控制系统的输出触摸屏控制显示模块除了显示功能外，增加了互感器器误差范围判断的报警提示功能，根据要求自行设置产品误差范围，触摸屏将采集数据与设置数据进行比较后判读误差是否合格，不合格报警提示。同时还具有自动采集功能，根据要求自行设置测试点，设置好测试点后调节调压器，显示屏自动采集测试点数据，同时判断是否超差，自动保存测试数据，供需要时查询。

六、本实用新型系统的输出触摸屏开机3秒钟自动进入初始界面：右上角显示通讯状态，如与仪器通讯正常，则显示“通信正常”，反之，显示“通信故障”。点击“通信正常”或“通信故障”的汉字，则显示通讯界面。当通讯正常时，能够分别显示百分表、比差、角差的实时数据。同时，在互感器正常接线，则互感器的接线状态显示“工作正常”；在互感器接线错误，则会显示“开路”或“反接”。能够很好的实现可视化操作，便于操作，显示信息更加全面，更加直观的输出数据。

附图说明

图1为本实用新型一种微型电流互感器校验仪控制系统的示意图，其中：1-单片机控制器，2-仿真调试模块，3-电源模块，4-滤波模块，5-通讯模块，6-输出控制继电器模块，7-数据采集模块，8-报警提示模块，9-错误提示判断信号模块，10-工作指示模块，11-输出触摸屏控制显示模块。

图2为本实用新型一种微型电流互感器校验仪控制系统的单片机控制器电路图。

图3为本实用新型一种微型电流互感器校验仪控制系统的仿真调试模块电路图。

图4为本实用新型一种微型电流互感器校验仪控制系统的电源模块电路图。

图5为本实用新型一种微型电流互感器校验仪控制系统的滤波模块电路图。

图6为本实用新型一种微型电流互感器校验仪控制系统的通讯模块电路图。

图7为本实用新型一种微型电流互感器校验仪控制系统的输出控制继电器模块电路图。

图8为本实用新型一种微型电流互感器校验仪控制系统的数据采集模块电路图。

图9为本实用新型一种微型电流互感器校验仪控制系统的报警提示模块电路图。

图10为本实用新型一种微型电流互感器校验仪控制系统的错误提示判断信号模块电路图。

图11为本实用新型一种微型电流互感器校验仪控制系统的工作指示模块电路图。

图12为本实用新型一种微型电流互感器校验仪控制系统的输出触摸屏控制显示模块电路图。

图13为本实用新型一种微型电流互感器校验仪控制系统的输出触摸屏控制显示模块控制输出触摸屏的初始界面照片，其中：2.1-通讯状态显示，2.2-百分表显示，2.3-比查表显示， 2.4-角差表显示，2.5-互感器的接线状态显示。

具体实施方式

下面结合具体实施案例和附图1-13对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于这些实施例。

实施例1

一种微型电流互感器校验仪控制系统，如图1-12所示，控制系统包括采集单元、处理单元和控制单元，采集单元包括数据采集模块7，处理单元包括单片机控制器1、仿真调试模块 2和滤波模块4，控制单元包括输出控制继电器模块6；数据采集模块7、仿真调试模块2、滤波模块4和输出控制继电器模块6分别连接单片机控制器1。

另外，控制系统还包括供电单元、通讯单元、警示单元、指示单元和显示单元，其中，供电模单元包括电源模块3，电源模块3连接单片机控制器1；通讯单元包括通讯模块5，通讯模块5连接单片机控制器1；述警示单元包括报警提示模块8和错误提示判断信号模块9，报警提示模块8和错误提示判断信号模块9分别连接单片机控制器1；指示单元包括工作指示模块10，工作指示模块10连接单片机控制器1；显示单元包括输出触摸屏控制显示模块11，输出触摸屏控制显示模块11连接单片机控制器1。

其中，单片机控制器1为核心，处理数据并控制显示；仿真调试模块2为调试过程提供便捷；电源模块3为整个电路提供工作电压；滤波模块4减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形平滑；通讯模块5接收上位机命令并将数据传输给上位机；输出控制继电器模块6控制切换量程精度等；数据采集模块7将经过滤波放大的信号进行采集处理；报警提示模块8在发生错误时发出提示音；错误提示判断信号模块9通过信号范围判断测试状态，并给单片机传递对应信号；工作指示模块10工作正常指示灯亮；输出触摸屏控制显示模块11显示数据，并根据设置范围判断误差是否超限，超限及错误提示。数据采集模块7将经过滤波放大的信号进行采集处理后传输给单片机控制器1，单片机控制器根据触摸屏设置情况计算输出结果给触摸屏控制显示模块11进行显示，单片机同时给通讯模块5、输出控制继电器模块6、报警提示模块8、错误提示判断信号模块9和工作指示模块10相应信号，各模块执行对应操作。

本实施例的单片机控制器1包括ATmega128单片机和时钟振荡器，ATmega128单片机连接时钟振荡器；单片机控制器1用于控制切换互感器档位，以及处理数据和控制显示，ATmega128采用先进的RISC结构，采用AVR内核，拥有16MHz工作频率，具有高性能、低功耗、稳定性极高的优点。

通讯模块5的电路包括MAX232、MAX485、TLP181、TLP2309、二极管、电阻和电容；所述MAX232通讯连接口连接有TLP2309，所述MAX485通讯连接口连接有TLP181和TLP2309；所述MAX232和MAX485两种芯片同时输出，能够根据用户需要选择对应传输方式，解决了客户想用485输出时还要加转换器的麻烦；所述MAX232还连接有电容，所述 MAX485还连接有二极管和电阻；通讯模块5用于接收上位机命令并将数据传输给上位机；与常规电路相比在单片机控制器1与MAX232、MAX485的通讯连接口增加了TLP181和 TLP2309两种光耦芯片，TLP181和TLP2309把输出的信号变成光信号，然后再还原成电信号，实现信号的传递和电路的隔离，防止前级电路的信号干扰到后级电路信号的准确性。

数据采集模块7的电路包括3个A/D转换器ICL7135、74HC14、基准电压源、电阻和电容，3个所述A/D转换器ICL7135分别连接有74HC14、电阻和电容；其中，1个所述A/D 转换器ICL7135连接基准电压源；数据采集模块7用于将经过滤波放大的信号进行采集处理。本实用新型控制系统的数据采集模块7由高准确度、CMOS单片4位半A/D转换器ICL7135 和基准电压源、电阻电容等构成的，其优点：1、准确度高，在±20000计数范围内的准确度位±1个字。2、能够自动调零，保证在零伏输入时读数为零。3、输入阻抗高于10⁹Ω，输入漏电流仅1pA(典型值)，允许差分输入。ICL7135属于大规模集成电路，内部包括模拟电路和数字电路两大部分，其中模拟电路主要包括缓冲器、积分器、比较器、过零检测器、极性触发器以及4组模拟开关。每个A/D转换周期分成自动调零、正向积分、反向积分和零积分4个阶段。数字电路主要包括4位半计数器、锁存器、位选通及BCD码多路扫描电路、极性触发器、过零触发器和控制逻辑所组成。数据采集模块7能够精准有效的将经过滤波放大的信号进行采集处理。

本实施例控制系统的输出触摸屏控制显示模块11设置有输出触摸屏，为液晶显示屏，用于显示数据，并根据设置范围判断误差是否超限，超限及错误提示；所述输出触摸屏控制显示模块11设置有报警提示器，用于互感器误差范围判断的报警提示；输出触摸屏控制显示模块11采用MAX232ECDR芯片，MAX232ECDR芯片连接有2个TLP2309高速光耦合器；输出触摸屏的电路包括4个并联的发光二极管，每个发光二极管串联有74HC14和电阻。

本实用新型控制系统的输出触摸屏控制显示模块除了显示功能外，增加了互感器器误差范围判断的报警提示功能，根据要求自行设置产品误差范围，触摸屏将采集数据与设置数据进行比较后判读误差是否合格，不合格报警提示。同时还具有自动采集功能，根据要求自行设置测试点，设置好测试点后调节调压器，显示屏自动采集测试点数据，同时判断是否超差，自动保存测试数据，供需要时查询。

本实施例的微型电流互感器校验仪控制系统用于控制SZWT-3T微型电流互感器校验仪，技术指标为：

初级额定电流：A：100、75、30、25、20、15、10、6、5、3、2.5、1.5、1、0.6、0.3；

次级额定电流：mA：60、50、40、30、25、20、50/3、15、10、7.5、20/3、6、5、4、 10/3、3、2.5、2、1.5、1；

误差测量范围：

当工作电流为In时：比差f：≤10.000％；角差δ：≤199.99分；

其中，In表示额定电流。

当做6倍测量时，系统的初级额定电流不能超过20A，并且持续时间不能超过1分钟；当做4倍测量时，系统的初级额定电流不能超过30A，并且持续时间不能超过1分钟。

测量线路准确度：在0.05In-6In时，示值误差：≤±1％；相位误差：≤±1％弧度；在 0.1In时，误差加倍。

本实用新型仪器系统给被测互感器引入负载0VA。

本实用新型仪器系统的供电电源：最大输出功率：300VA，带细调。

负载电阻：5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω、30Ω、40Ω、50Ω、60Ω、70Ω、75Ω、80 Ω、100Ω、150Ω、200Ω、250Ω、500Ω、1KΩ、1.5KΩ、2KΩ。

本实用新型仪器系统的使用条件：供电电源：市电220V；使用环境：温度10------40℃；湿度≤80％。

本实用新型系统的输出触摸屏开机3秒钟自动进入初始界面，如图13所示：右上角显示通讯状态，如与仪器通讯正常，则显示“通信正常”，反之，显示“通信故障”。点击“通信正常”或“通信故障”的汉字，则显示通讯界面。当通讯正常时，百分表显示2.2、比查表显示2.3、角差表显示2.4分别显示百分表、比差、角差的实时数据。同时互感器的接线状态显示2.5，在互感器正常接线，则显示“工作正常”；在互感器接线错误，则会显示“开路”或“反接”。另外，输出触摸屏的初始界面还包括测试按键3.1、精度范围设置按键3.2、测试点设置按键3.3、参数设置按键3.4、说明案件3.5和提示音开关3.6；按相应按键，能够进入相应的操作界面，能够很好的实现可视化操作，便于操作，显示信息更加全面，更加直观的输出数据。

Claims

1.一种微型电流互感器校验仪控制系统，其特征在于，控制系统包括采集单元、处理单元和控制单元，所述采集单元包括数据采集模块(7)，所述处理单元包括单片机控制器(1)、仿真调试模块(2)和滤波模块(4)，所述控制单元包括输出控制继电器模块(6)；所述数据采集模块(7)、仿真调试模块(2)、滤波模块(4)和输出控制继电器模块(6)分别连接单片机控制器(1)；所述仿真调试模块(2)用于为调试过程提供便捷；所述滤波模块(4)用于减小脉动的直流电压中的交流成分，保留直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形平滑；所述输出控制继电器模块(6)用于控制切换量程；

所述单片机控制器(1)包括ATmega128单片机和时钟振荡器，所述ATmega128单片机连接时钟振荡器；所述单片机控制器(1)用于控制切换互感器档位，以及处理数据和控制显示；

所述控制系统还包括通讯单元，所述通讯单元包括通讯模块(5)，所述通讯模块(5)连接单片机控制器(1)，所述通讯模块(5)的电路包括MAX232、MAX485、TLP181、TLP2309、二极管、电阻和电容；所述MAX232通讯连接口连接有TLP2309，所述MAX485通讯连接口连接有TLP181和TLP2309；所述MAX232和MAX485两种芯片同时输出；所述MAX232还连接有电容，所述MAX485还连接有二极管和电阻；所述通讯模块(5)用于接收上位机命令并将数据传输给上位机；所述TLP181和TLP2309用于把输出的信号变成光信号，再还原成电信号，实现信号的传递和电路的隔离，防止前级电路的信号干扰到后级电路信号的准确性；

所述数据采集模块(7)的电路包括3个A/D转换器ICL7135、74HC14、基准电压源、电阻和电容，3个所述A/D转换器ICL7135分别连接有74HC14、电阻和电容；其中，1个所述A/D转换器ICL7135连接基准电压源；所述数据采集模块(7)用于将经过滤波放大的信号进行采集处理。

2.根据权利要求1所述的一种微型电流互感器校验仪控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括供电单元，所述供电单元包括电源模块(3)，所述电源模块(3)连接单片机控制器(1)，所述电源模块(3)为整个电路提供工作电压。

3.根据权利要求1所述的一种微型电流互感器校验仪控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括警示单元，所述警示单元包括报警提示模块(8)和错误提示判断信号模块(9)，所述报警提示模块(8)和错误提示判断信号模块(9)分别连接单片机控制器(1)，所述报警提示模块(8)用于在发生错误时发出提示音；所述错误提示判断信号模块(9)用于通过信号范围判断测试状态，并给单片机控制器(1)传递对应信号。

4.根据权利要求1所述的一种微型电流互感器校验仪控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括指示单元，所述指示单元包括工作指示模块(10)，所述工作指示模块(10)连接单片机控制器(1)，所述工作指示模块(10)用于工作正常指示灯亮。

5.根据权利要求1所述的一种微型电流互感器校验仪控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括显示单元，所述显示单元包括输出触摸屏控制显示模块(11)，所述输出触摸屏控制显示模块(11)连接单片机控制器(1)，所述输出触摸屏控制显示模块(11)设置有输出触摸屏，用于显示数据；所述输出触摸屏控制显示模块(11)还设置有报警提示器，用于互感器误差范围判断的报警提示；

所述输出触摸屏控制显示模块(11)采用MAX232ECDR芯片，MAX232ECDR芯片连接有2个TLP2309高速光耦合器；

6.根据权利要求5所述的一种微型电流互感器校验仪控制系统，其特征在于，所述输出触摸屏控制显示模块(11)控制输出触摸屏，所述输出触摸屏为液晶显示屏。

7.根据权利要求6所述的一种微型电流互感器校验仪控制系统，其特征在于，所述输出触摸屏的初始界面包括通讯状态显示(2.1)、百分表显示(2.2)、比查表显示(2.3)、角差表显示(2.4)和互感器的接线状态显示(2.5)；所述通讯状态显示(2.1)用于显示通讯正常或通讯故障；所述互感器的接线状态显示(2.5)用于显示工作正常或开路或反接。