一種基于程控恒流源的互感器測試機的制作方法

本發明涉及電器檢測設備，確切的說是用于測試智能斷路器等中的互感器測試機。

背景技術：

低壓電器中的智能斷路器在生產過程中，需要通以恒定的工頻交變電流(中國為50Hz)對其使用的互感器進行測試，由于智能斷路器的保護電流范圍大，且型號規格多，因此對互感器測試所需的測試電流范圍寬，從幾安培至數千安培

現有互感器測試機存在結構設計不合理，存在檢測電流精度低、電流調節速度慢以及檢測效率低等問題。

技術實現要素：

本發明發明目的：為克服現有技術存在的缺陷，本發明提供一種精度高、響應快的基于程控恒流源的互感器測試機。

為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：

一種基于程控恒流源的互感器測試機，包括機架，設于機架上的檢測裝置、交流程控恒流源系統、上位機，檢測裝置包括用于采集被測互感器測試信號的信號采樣控制器以及檢測用負載回路，檢測用負載回路上設有用于互感器穿裝的互感器裝載夾具，其特征在于：所述的互感器裝載夾具包括串接于檢測用負載回路內的條狀導電板，條狀導電板兩端為電連接端，條狀導電板中部為包覆有絕緣層的互感器裝載段；

所述交流程控恒流源系統包括恒流源電路模塊，經交流-直流-交流變換后輸出恒流交流電，其包括AC-DC轉換模塊、DC-AC全橋逆變電路、濾波電路以及單片機控制單元，單片機控制單元輸出控制DC-AC全橋逆變電路的兩路互補的脈寬調制驅動信號，單片機控制單元對兩路脈寬調制驅動信號進行時序控制，脈寬調制驅動信號的占空比D調整范圍為20％~80％，所述AC-DC轉換模塊輸出連接DC-AC全橋逆變電路，DC-AC全橋逆變電路輸出連接濾波電路的輸入端；

升流變壓器，升流變壓器的初級線圈連接濾波電路的輸出端，升流變壓器的次級線圈接入檢測用負載回路；

電流反饋電路模塊，用于檢測檢測用負載回路的電流大小，包括置于檢測用負載回路回路中的電流檢測互感器，恒流源電路模塊內設有A/D采集電路，A/D采集電路的輸入端連接電流檢測互感器的輸出端，A/D采集電路輸出連接單片機控制單元的輸入接口。

本發明的互感器測試機，條狀導電板實現多個互感器穿裝檢測，提高檢測效率，恒流源電路模塊之后配降壓升流電路模塊達到對負載輸出大量程恒定交變電流，具有電流精度高和響應速度快的優點，有效滿足智能斷路器等中互感器出廠檢驗。恒流源電路模塊實現初始的恒流交流電輸出，再經升流變壓器最終輸出用于負載的交流恒流，交流程控恒流源采用脈沖調制控制，為防止DC-AC全橋逆變電路的同一橋臂上兩個開關器件同時導通，對兩互補的脈寬調制驅動信號進行時序控制，在互補的脈寬調制驅動信號之間加入一個死區時間，而死區時間的存在將導致DC-AC全橋逆變電路輸出產生基波電流損失、低次諧波增加、輸出電流畸變等死區效應，從而使得DC-AC全橋逆變電路輸出的波形失真度增大，影響恒流源電路模塊輸出的初始恒流交流電精度，將脈寬調制驅動信號的占空比D控制為20％~80％，能夠有效減少因死區時間而造成低次諧波增加對正弦波的影響，保證輸出正弦波的諧波失真度小于1%，并保證DC-AC全橋逆變電路正常工作。

優選的，所述濾波電路的輸出和升流變壓器的輸入之間串接有調壓式自耦變壓器，調壓式自耦變壓器對應配合有調壓控制器，單片機控制單元與調壓控制器通訊連接，單片機控制單元具有判斷脈寬調制驅動信號的占空比D的占空比判斷模塊，所述上位機具有用于設定輸出至負載回路中的電流值的電流值設定模塊；

設所述調壓式自耦變壓器的初級線圈匝數為N1，調壓式自耦變壓器的初級電壓為U1，調壓式自耦變壓器的初級電流為I1，調壓式自耦變壓器的次級線圈匝數為Nx，升流變壓器的初級線圈匝數為N2，升流變壓器的初級電壓為U2，升流變壓器的初級電流為I2，升流變壓器的次級線圈匝數為N3，升流變壓器的次級電壓為U3，電流值設定模塊設定電流為I3，檢測用負載回路回路中的阻抗為R，

U3=I3*R，U2=（N2/N3）*U3，

U1=（N1/Nx）*U2=[(N1*N2)/(Nx*N3)]*(I3*R)，式中N1，N2，N3，R為定值，根據以上方程式可知U1反比Nx，

又U1∝D，可知Nx反比D，

所述單片機控制單元讀取電流值設定模塊的設定電流以及根據占空比判斷模塊的值，從而驅動調壓控制器控制調壓式自耦變壓器的次級線圈匝數，在D<20%時，控制所述調壓控制器控制調壓式自耦變壓器的次級線圈至低匝數，當D>80%，調壓控制器控制調壓式自耦變壓器的次級線圈至高匝數。

通過采用上述技術方案，為交流程控恒流源提供有效的補償方法，采用調壓式自耦變壓器控制輸出至升流變壓器的輸入電壓，單片機控制單元判斷脈寬調制驅動信號的占空比D，根據方程式關系控制所述Nx的值，即驅動所述調壓控制器選擇控制調壓式自耦變壓器的次級線圈的連入匝數，從而達到自動控制脈寬調制驅動信號的占空比D調整范圍在20％~80％，從而保證輸出電流無失真，保證高輸出精度。

優選的，所述電流檢測互感器具有多個電流檔位，電流檢測互感器配有選擇控制電流檢測互感器的電流檔位的檔位控制器，單片機控制單元根據電流值設定模塊設定的電流值，向檔位控制器輸出選擇控制電流檢測互感器的電流檔位的檔位信號。

通過采用上述技術方案，提高電流反饋電路模塊對檢測用負載回路中的電流檢測精度。

優選的，所述互感器裝載夾具還包括分別夾持固定導電板條兩端的兩個夾持頭，夾持頭電連接于檢測用負載回路中，夾持頭上具有可開合的夾持口，夾持頭的夾持口可閉合夾持固定導電板條并接觸導電連接，夾持頭的夾持口可張開供導電板條自由出入。

通過采用上述技術方案，導電板條供多個互感器進行串裝，之后將串裝有互感器的導電板條兩端放入夾持口內，夾持頭的夾持口閉合對導電板條夾持固定并實現導電連接，完成接入檢測用檢測用負載回路中。實現一次性多個互感器裝載，檢測效率高，導電板條經夾持頭進行夾持，夾持頭的夾持口張開后，導電板條則可從夾持口處取出或放入，方便在導電板條上裝載和取下互感器，操作方便；在互感器裝載完成后，夾持頭的夾持口對導電板條夾持固定，同時實現電接入檢測系統內。

優選的，所述夾持頭包括定夾座、活動頭以及驅動活動頭升降的夾持驅動裝置，定夾座為固定在機架上的可導電座，活動頭包括位于定夾座上方的夾持部，活動頭的夾持部相對定夾座升降構成所述夾持口的開合。

上述結構下，夾持頭結構簡單，導電板條預先放置于定夾座上，之后活動頭迎向定夾座對導電板條進行夾持，操作更為方便。

優選的，兩個所述夾持頭的定夾座上均設有限位擋塊，所述限位擋塊設于導電板條長度方向的端部一側，限位擋塊與導電板條長度方向端部限位配合。

上述結構下，兩限位擋塊在長度方向實現對導電板條的限位，使得導電板條的定位安裝更為準確可靠。

優選的，所述夾持驅動裝置為氣缸，所述活動頭安裝在氣缸的伸縮臂上。

上述結構下，活動頭采用氣缸驅動，驅動裝置結構簡單，驅動穩定可靠。

優選的，所述導電板條為銅條，所述導電板條上與夾持頭電接觸部位的表面具有鍍銀層，所述夾持頭上與導電板條電接觸部位的表面具有鍍銀層。

上述結構下，導電板條為銅條，具有導電性好的優點，提高檢測的可靠性，采用鍍銀層進行接觸導電，減少導電板條與夾持頭電接觸的電阻，提高檢測的穩定性和可靠性。

下面結合附圖對本發明作進一步描述。

附圖說明

圖1為本發明具體實施例基于程控恒流源的互感器測試機立體圖；

圖2為本發明具體實施例基于程控恒流源的互感器測試機的系統原理圖；

圖3為本發明具體實施例恒流源電路模塊結構原理圖；

圖4為本發明具體實施例互感器裝載夾具結構示意圖；

圖5為本發明具體實施例夾持頭結構示意圖。

具體實施方式

參見附圖1至附圖5，本發明公開的一種基于程控恒流源的互感器測試機，包括機架1，設于機架1上的檢測裝置、交流程控恒流源系統、上位機，檢測裝置包括用于采集被測互感器S測試信號的信號采樣控制器以及檢測用負載回路，信號采樣控制器和上位機通訊連接，檢測用負載回路上設有用于互感器穿裝的互感器裝載夾具，所述的互感器裝載夾具包括串接于檢測用負載回路內的條狀導電板2，條狀導電板2兩端為電連接端22，條狀導電板2中部為包覆有絕緣層的互感器裝載段21；互感器裝載段21可實現多個互感器S裝載檢測，提高檢測效率；絕緣層可以為絕緣材料涂覆形成，也可以為絕緣橡膠套等；

所述的交流程控恒流源系統包括恒流源電路模塊、升流變壓器以及電流反饋電路模塊；

所述恒流源電路模塊，經交流-直流-交流變換后輸出恒流交流電，其包括AC-DC轉換模塊、DC-AC全橋逆變電路、濾波電路以及單片機控制單元，AC-DC轉換模塊為現有技術，用于將交流轉換成直流電，DC-AC全橋逆變電路為現有技術，用于將直流轉換成正負調制脈寬波形輸出，濾波電路為現有技術，用于濾去正負調制脈寬波形的雜波得到標準的交流電流，所述AC-DC轉換模塊輸出連接DC-AC全橋逆變電路，DC-AC全橋逆變電路輸出連接濾波電路，濾波電路輸出端輸出恒流交流電；單片機控制單元輸出控制DC-AC全橋逆變電路的兩路互補的脈寬調制驅動信號，單片機控制單元對兩路脈寬調制驅動信號進行時序控制，在兩路脈寬調制驅動信號之間加入死區時間，脈寬調制驅動信號保證對管Q1，Q4導通的同時對管Q2，Q3關斷，對管Q2，Q3導通的同時對管Q1，Q4關斷，從而在VS1、VS2兩端產生正負調制脈寬波形，其中R1為電流采樣電阻，供單片機控制單元采樣電流值保證恒流輸出，為防止DC-AC全橋逆變電路的同一橋臂上兩個開關器件同時導通，對兩互補的脈寬調制驅動信號進行時序控制，在互補的脈寬調制驅動信號之間加入一個死區時間，而死區時間的存在將導致DC-AC全橋逆變電路輸出產生基波電流損失、低次諧波增加、輸出電流畸變等死區效應，從而使得DC-AC全橋逆變電路輸出的波形失真度增大，影響恒流源電路模塊輸出的初始恒流交流電精度，占空比D大于20%時，死區時間占脈寬時間很小，輸出波形的諧波失真度較低；而當脈寬調制驅動信號的波形占空比小于20%或者更小時，死區時間占脈寬比例逐漸增大，將導致波形諧波失真變大，占空比D大于80％，導致mos管電流過大，將脈寬調制驅動信號的占空比D調整范圍控制為20％~80％，能夠有效減少因死區時間而造成低次諧波增加對正弦波的影響，防止mos管電流過大，保證輸出正弦波的諧波失真度小于1%，并保證DC-AC全橋逆變電路正常工作；

所述升流變壓器T1，調壓式自耦變壓器T2的初級線圈連接濾波電路的輸出端，調壓式自耦變壓器T2的次級線圈連接升流變壓器的初級線圈，升流變壓器T1的次級線圈連接檢測用負載回路；升流變壓器T1的初級線圈連接濾波電路的輸出端，升流變壓器T1的次級線圈接入檢測用負載回路；

電流反饋電路模塊，用于檢測檢測用負載回路的電流大小，包括置于檢測用負載回路回路中的電流檢測互感器T3，恒流源電路模塊內設有A/D采集電路，A/D采集電路的輸入端連接電流檢測互感器的輸出端，A/D采集電路輸出連接單片機控制單元的輸入接口。

一般測試電流設置范圍在互感器額定電流的0.2至2倍，為保證占空比D控制，適應性的提出對波形失真控制的補償方式，具體為：

所述濾波電路的輸出和升流變壓器T3的輸入之間串接有調壓式自耦變壓器T2，調壓式自耦變壓器T2對應配合有調壓控制器，單片機控制單元與調壓控制器通訊連接，單片機控制單元具有判斷脈寬調制驅動信號的占空比D的占空比判斷模塊，所述上位機具有用于設定輸出至負載回路中的電流值的電流值設定模塊；調壓控制器可以采用調壓控制器驅動單元和接觸器，將調壓式自耦變壓器T2的次級線圈為多個匝數檔，檔位開關KM1、KM2、KM3、KM4，檔位的設計根據需要進行作出相應改變，通過接觸器選擇控制相應匝數實現；也可以采用調壓控制器電機驅動單元和電機，電機驅動滑動開關對調壓式自耦變壓器T2的次級線圈匝數調整。

電流值設定模塊為現有技術，操作人員根據檢測需要電流值經設定模塊設定要向檢測用負載回路供給的電流值I3，占空比的獲得為單片機控制單元內部控制變量；根據本恒流源系統，具有如下方程式：

設所述調壓式自耦變壓器T2的初級線圈匝數為N1，調壓式自耦變壓器T2的初級電壓為U1，調壓式自耦變壓器T2的初級電流為I1，調壓式自耦變壓器T2的次級線圈匝數為Nx，升流變壓器T1的初級線圈匝數為N2，升流變壓器T1的初級電壓為U2，升流變壓器T1的初級電流為I2，升流變壓器T1的次級線圈匝數為N3，升流變壓器T1的次級電壓為U3，電流值設定模塊設定電流為I3，檢測用負載回路回路中的阻抗為R，

U3=I3*R，U2=（N2/N3）*U3，

U1=（N1/Nx）*U2=[(N1*N2)/(Nx*N3)]*(I3*R)，式中N1，N2，N3，R為定值，U1∝D；

根據以上方程式，所述單片機控制單元讀取電流值設定模塊的設定電流，以及根據占空比判斷模塊的值，從而驅動調壓控制器選擇控制調壓式自耦變壓器T2的次級線圈檔位，在D<20%時，控制所述調壓控制器選擇控制調壓式自耦變壓器T2的次級線圈至低匝數，降低調壓式自耦變壓器T2的次級線圈匝數，當D>80%，調壓控制器選擇控制調壓式自耦變壓器T2的次級線圈至高匝數，調高調壓式自耦變壓器T2的次級線圈匝數，防止mos管Q1、Q2、Q3、Q4電流過大。將單片機控制單元判斷脈寬調制驅動信號的占空比D和讀取負載設定電流值I3，根據方程式關系控制所述Nx的值，即驅動所述調壓控制器選擇控制調壓式自耦變壓器T2的次級線圈，從而達到自動控制脈寬調制驅動信號的占空比D在20％~80％，從而保證輸出電流無失真，保證高輸出精度。該補償方式簡單易行。其實質上也提供了一種恒流源的波形失真補償方法，在構建上述恒流源模型后，根據方程式實現自動補償，實現高精度輸出。本具體實施例中，占空比的獲得由單片機控制單元直接讀取獲得，其啟動為軟啟動，為防止啟動時占空比過大，輸出電流過大而導致逆變全橋MOS過載，設置啟動時占空比在較小值，如8%（或可以更小），將電流反饋電路模塊獲得的電流值與上位機設定的電流直進行比較，當采集到的電流值小于設定電流值，增大占空比，直至采集到的電流值與上位機設定電流值相等，若占空比增大80%還不相等，調壓控制裝置驅動調壓式自耦變壓器次級線圈至高匝數，調整到輸出電流與設定值相等，同時保持占空比在20%~80%；當輸出電流大于設定值，由于啟動占空比小于20%，所以首先調壓式自耦變壓器的次級線圈至低匝數切換，保持占空比在20%~80%，然后調整占空比，直至采集到的電流值與上位機設定電流值相等。具有響應速度快的優點。

為提高負載檢測的可靠性，所述電流檢測互感器T3具有多個電流檔位，采用相應的四個檔位設計，檔位開關為KM5、KM6、KM7、KM8，電流檢測互感器T3配有選擇控制電流檢測互感器T3的電流檔位的檔位控制器，單片機控制單元根據電流值設定模塊設定的電流值，向檔位控制器輸出選擇控制電流檢測互感器T3的電流檔位的檔位信號；選擇到合適檔位下進行檢測，保證檢測精度。

為進一步方便待檢測互感器的裝載，提高檢測效率，所述互感器裝載夾具還包括分別夾持固定導電板條2兩端的兩個夾持頭3，夾持頭3上具有可開合的夾持口30，夾持頭3的夾持口30可閉合夾持固定導電板條2并接觸導電連接，夾持頭的夾持口30可張開供導電板條2自由出入。

所述夾持頭3包括定夾座31、活動頭32以及驅動活動頭32升降的夾持驅動裝置，所述夾持驅動裝置優選為氣缸33，所述活動頭32安裝在氣缸33的伸縮臂上，定夾座31固定在機架1上的可導電座，定夾座31可經銅排連接至檢測用負載回路中，也可經其它導線進行連接，活動頭32包括位于定夾座31上方的夾持部321，活動頭32的夾持部321相對定夾座31升降構成所述夾持口30的開合。夾持頭結構簡單，導電板條預先放置于定夾座上，之后活動頭迎向定夾座對導電板條進行夾持，操作更為方便。夾持驅動裝置也可以為電機、油缸等連接相應傳動機構進行驅動，存在結構復雜等缺陷，故優先采用氣缸設計。

兩個所述夾持頭3的定夾座31上均設有限位擋塊34，所述限位擋塊34設于導電板條2長度方向的端部一側，限位擋塊34與導電板條2長度方向端部限位配合。這樣兩限位擋塊在長度方向實現對導電板條的限位，使得導電板條的定位安裝更為準確可靠。

為降低夾具連入電路中對檢測結果的影響，所述導電板條2為銅條。所述導電板條2上與夾持頭3電接觸部位的表面具有鍍銀層。所述夾持頭3上與導電板條2電接觸部位的表面具有鍍銀層。采用鍍銀層實現接觸導電，減少導電板條與夾持頭電接觸的電阻，提高檢測的穩定性和可靠性。