专利名称：一种直流开关试验系统及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一种试验系统及其工作方法，特别是一种直流开关试验系 统及其工作方法。(二)
背景技术：
根据国家发改委与轻轨研究中心提供的规划资料，2020年中国将有超 过550公里的地铁线，2050年包括轻轨和地铁线路将达到2000公里。直流 开关是城市轨道交通中直流牵引网短路保护的主要设备，需定期测试以保 证轻轨牵引供电系统的安全。目前国内地铁和轻轨牵引供电系统选用的进 口直流开关缺少相关大电流测试设备，无法进行检测。引进的国外大电流 发生系统投资大，体积庞大，机械式结构，为手动操作模式，设备维护难， 国内没有相关产品。直流开关检测系统是直流开关的性能测试系统，其难 点在于产生可控大电流，精确测试短路保护直流开关动态工作特性参数以 判断直流开关是否动作准确可靠。(三)
发明内容
本发明的目的在于设计一种直流开关试验系统及其工作方法，它可以 克服现有技术的不足，是一种操作方便、结构简单、设备维护简单的直流 开关试验系统。本发明的技术方案 一种直流开关试验系统，其特征在于它是由控制 单元和输出单元两部分组成；其中，所说的控制单元包括控制器模块和高 压整流及逆变模块，且控制器模块和高压整流及逆变模块之间为双向连接; 所说的控制器模块和高压整流及逆变模块的输入端与外部电源连接；所说 的输出单元包括整流电路模块和电流检测及控制保护模块，且整流电路的 输入端与控制单元中的高压整流及逆变模块的输出端连接，其输出端与电 流检测及控制保护模块的输入端连接；所说的电流检测及控制保护模块的 输入端与整流电路模块的输出端连接，其输出端分别与高压整流及逆变模 块和整流电路的输入端连接。上述所说的控制器模块由嵌入式工业计算机、DSP控制器和I/0控制器 组成；所说的嵌入式工业计算机、DSP控制器和I/0控制器相互之间为双向连接，且DSP控制器和I/0控制器与高压整流及逆变模块之间也为观向连接。 上述所说的高压整流及逆变模块由三相桥式整流滤波及PWM控制电路 和至少三相单向桥式逆变电路组成；所说的三相桥式整流滤波及PWM控制 电路的输入端与电流检测及控制保护模块的输出端连接，其输出端与每一 路单向桥式逆变电路连接，同时与DSP控制器和I/0控制器之间呈双向连接。 上述所说的整流电路模块是由高频高电降压回路和低压整流输出回路 组成；所说的高频高电降压回路的输入端与单相桥式逆变电路的输出端连 接，其输出端与低压整流输出回路的输入端连接；所说的低压整流输出回 路与电流检测及控制保护模块呈双向连接。上述所说的高频高电降压回路中含有至少一个高频降压变压器，所说 的低压整流输出回路含有至少一个单相全波整流电路；其中，所说的高频 降压变压器的输入端与单相逆变组输出电路的输出端连接，其输出端与单 相全波整流电路的输入端连接；所说的单相全波整流电路的输出端输出直 流大电流；且所说的高频降压变压器的数量与单相全波整流电路的数量相 同。上述所说的电流检测及控制保护模块是由输出电流检测回路和电流保 护回路构成；所说的输出电流检测回路的输入端连接输出单元的输出端检 测输出的电流大小，其输出端与电流保护回路的输入端连接；所说的电流 保护的输出端与桥式整流滤波及PWM控制电路的输入端连接。上述所说的电流检测及控制保护模块中的输出鬼流检测回路由模拟信 号隔离及滤波电路、开关控制信号隔离处理电路、至少一个电流检测及处 理电路、至少三个单相桥式逆变电路驱动控制电路和至少一个电流调节控 制电路组成；所说的电流检测及控制保护模块中的电流保护回路由输出过 流保护电路、过时保护电路电路和高压直流过流保护电路电路组成；其中， 所说的模拟信号隔离及滤波电路和开关控制信号隔离处理电路和I/O控制 器之间呈双向连接；所说的电流调节控制电路的输入端分别与电流检测及 处理电路和单相桥式逆变电路驱动控制电路的输出端连接，其输出端与单 相桥式逆变电路驱动控制电路的输入端连接；所说的单相桥式逆变电路驱 动控制电路的输入端与输出过流保护电路和过时保护电路的输出端连接， 其输出端与输出过流保护电路、过时保护电路的输入端连接；所说的输出 过流保护电路、过时保护电路的输入、输出端分别与高压直流过流保护电 路单元的输出、输入端连接。一种直流开关试验系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤① 控制单元中的控制器模块将电信号及控制信号量传递至DSP处理单 元，通过DSP对接受到的数据进行比较、计算，并通过I/O控制单元发出1/0控制信号；② 三相桥式整流滤波及PWM控制电路接受到控制信号后对三相电压进行整流、滤波，使得接触器接通电路，逆变电路将对其进行高频逆变，并有PWM电路控制其信号的输出；③ 输出后的电压在高频高电降压回路进行高频高电降压升流处理；④ 升流后的信号进行单向全波电流整流，多路信号并联输出；⑤ 电流检测装置对输出电流进行检测、比较，并将结果告知电流保护 回路，保护电路将电流检测结果进行处理后反馈给控制保护电路，进行相 应的保护动作。本发明的优越性在于1、操作智能化、输出电流在显示器上以图形方 式显示，可方便计算、显示直流开关的动作时间，并能存储、打印测量结 果；2、采用高速大功率电力电子器件，提高了效率，减小了体积和重量；3、 具备多种输出波形选择；4、输出信号精度高，按预先设定的波形参数输出， 综合误差只有2%; 5、测量及计时精度高，输出电流、开关接点动作状态通 过测量回路测量并以图形方式在显示器上显示，准确计算有关参数，电流 测量精度为2%，时间测量精度为lmS; 6、保护电路完善；模块化设计，方 便维护和使用，可根据用户的需求增加功能。
图l为本发明所涉一种直流开关试验系统的总体结构框图。 图2为本发明所涉一种直流开关试验系统中高频高电降压回路的结构 框图。图3为本发明所涉一种直流开关试验系统中电流检测及控制保护模块 的结构框图。具体实施例方式实施例 一种直流开关试验系统(见图l)，其特征在于它是由控制单 元和输出单元两部分组成；其中，所说的控制单元包括控制器模块和高压整流及逆变模块，且控制器模块和高压整流及逆变模块之间为双向连接；所说的控制器模块和高压整流及逆变模块的输入端与外部电源连接；所说 的输出单元包括整流电路模块和电流检测及控制保护模块，且整流电路的输入端与控制单元中的高压整流及逆变模块的输出端连接，其输出端与电流检测及控制保护模块的输入端连接；所说的电流检测及控制保护模块的 输入端与整流电路模块的输出端连接，其输出端分别与高压整流及逆变模 块和整流电路的输入端连接。上述所说的控制器模块(见图l)由嵌入式工业计算机、DSP控制器和 1/0控制器组成；所说的嵌入式工业计算机、DSP控制器和I/0控制器相互之 间为双向连接，且DSP控制器和I/0控制器与高压整流及逆变模块之间也为 双向连接。上述所说的高压整流及逆变模块(见图l)由三相桥式整流滤波及PWM 控制电路和至少三相单向桥式逆变电路组成；所说的三相桥式整流滤波及 PWM控制电路的输入端与电流检观Ol控制保护模块的输出端连接，其输出 端与每一路单向桥式逆变电路连接，同时与DSP控制器和I/0控制器之间呈 双向连接。上述所说的整流电路模块(见图l)是由高频高电降压回路和低压整流 输出回路组成；所说的高频高电降压回路的输入端与单相桥式逆变电路的 输出端连接，其输出端与低压整流输出回路的输入端连接；所说的低压整 流输出回路与电流检测及控制保护模块呈双向连接。上述所说的高频高电降压回路中含有至少一个高频降压变压器，所说 的低压整流输出回路含有至少一个单相全波整流电路；其中，所说的高频 降压变压器的输入端与单相逆变组输出电路的输出端连接，其输出端与单 相全波整流电路的输入端连接；所说的单相全波整流电路的输出端输出直 流大电流；且所说的高频降压变压器的数量与单相全波整流电路的数量相 同。(见图2)上述所说的电流检测及控制保护模块(见图l)是由输出电流检测回路 和电流保护回路构成；所说的输出电流检测回路的输入端连接输出单元的 输出端检测输出的电流大小，其输出端与电流保护回路的输入端连接；所 说的电流保护的输出端与桥式整流滤波及PWM控制电路的输入端连接。上述所说的电流检测及控制保护模块(见图3)中的输出电流检测回路 由模拟信号隔离及滤波电路、开关控制信号隔离处理电路、至少一个电流 检测及处理电路、至少三个单相桥式逆变电路驱动控制电路和至少一个电 流调节控制电路组成；所说的电流检测及控制保护模块中的电流保护回路 由输出过流保护电路、过时保护电路电路和高压直流过流保护电路电路组成；其中，所说的模拟信号隔离及滤波电路和开关控制信号隔离处理电路 和I/O控制器之间呈双向连接；所说的电流调节控制电路的输入端分别与 电流检测及处理电路和单相桥式逆变电路驱动控制电路的输出端连接，其 输出端与单相桥式逆变电路驱动控制电路的输入端连接；所说的单相桥式逆变电路驱动控制电路的输入端与输出过流保护电路和过时保护电路的输 出端连接，其输出端与输出过流保护电路、过时保护电路的输入端连接； 所说的输出过流保护电路、过时保护电路的输入、输出端分别与高压直流 过流保护电路单元的输出、输入端连接。一种直流开关试验系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤① 控制单元中的控制器模块将电信号及控制信号量传递至DSP处理单 元，通过DSP对接受到的数据进行比较、计算，并通过I/O控制单元发出 1/0控制信号；② 三相桥式整流滤波及P丽控制电路接受到控制信号后对三相电压进 行整流、滤波，使得接触器接通电路，逆变电路将对其进行高频逆变，并有 P丽电路控制其信号的输出；③ 输出后的电压在高频高电降压回路进行高频高电降压升流处理；④ 升流后的信号进行单向全波电流整流，多路信号并联输出；⑤ 电流检测装置对输出电流进行检测、比较，并将结果告知电流保护 回路，保护电路将电流检测结果进行处理后反馈给控制保护电路，进行相 应的保护动作。
权利要求
1、一种直流开关试验系统，其特征在于它是由控制单元和输出单元两部分组成；其中，所说的控制单元包括控制器模块和高压整流及逆变模块，且控制器模块和高压整流及逆变模块之间为双向连接；所说的控制器模块和高压整流及逆变模块的输入端与外部电源连接；所说的输出单元包括整流电路模块和电流检测及控制保护模块，且整流电路的输入端与控制单元中的高压整流及逆变模块的输出端连接，其输出端与电流检测及控制保护模块的输入端连接；所说的电流检测及控制保护模块的输入端与整流电路模块的输出端连接，其输出端分别与高压整流及逆变模块和整流电路的输入端连接。
2、 根据权利要求l所述的一种直流开关试验系统，其特征在于所说的控 制器模块由嵌入式工业计算机、DSP控制器和I/0控制器组成；所说的嵌入式 工业计算机、DSP控制器和I/0控制器相互之间为双向连接，且DSP控制器和I/0 控制器与高压整流及逆变模块之间也为双向连接。
3、 根据权利要求l所述的一种直流开关试验系统，其特征在于所说的高 压整流及逆变模块由三相桥式整流滤波及PWM控制电路和至少三相单向桥式 逆变电路组成；所说的三相桥式整流滤波及PWM控制电路的输入端与电流检 测及控制保护模块的输出端连接，其输出端与每一路单向桥式逆变电路连接， 同时与DSP控制器和I/0控制器之间呈双向连接。
4、 根据权利要求l所述的一种直流开关试验系统，其特征在于所说的整 流电路模块是由高频高电降压回路和低压整流输出回路组成；所说的高频高 电降压回路的输入端与单相桥式逆变电路的输出端连接，其输出端与低压整 流输出回路的输入端连接；所说的低压整流输出回路与电流检测及控制保护 模块呈双向连接。
5、 根据权利要求4所述的一种直^开关试验系统，其特征在于所说的高 频高电降压回路中含有至少一个高频降压变压器，所说的低压整流输出回路 含有至少一个单相全波整流电路；其中，所说的高频降压变压器的输入端与 单相逆变组输出电路的输出端连接，其输出端与单相全波整流电路的输入端 连接；所说的单相全波整流电路的输出端输出直流大电流；且所说的高频降 压变压器的数量与单相全波整流电路的数量相同。
6、 根据权利要求l所述的一种直流开关试验系统，其特征在于所说的电流检测及控制保护模块是由输出电流检测回路和电流保护回路构成；所说的 输出电流检测回路的输入端连接输出单元的输出端检测输出的电流大小，其 输出端与电流保护回路的输入端连接；所说的电流保护的输出端与桥式整流 滤波及PWM控制电路的输入端连接。
7、 根据权利要求6所述的一种直流开关试验系统，其特征在于所说的电 流检测及控制保护模块中的输出电流检测回路由模拟信号隔离及滤波电路、 开关控制信号隔离处理电路、至少一个电流检测及处理电路、至少三个单相 桥式逆变电路驱动控制电路和至少一个电流调节控制电路组成；所说的电流 检测及控制保护模块中的电流保护回路由输出过流保护电路、过时保护电路 电路和高压直流过流保护电路电路组成；其中，所说的模拟信号隔离及滤波 电路和开关控制信号隔离处理电路和I/O控制器之间呈双向连接；所说的电流 调节控制电路的输入端分别与电流检测及处理电路和单相桥式逆变电路驱动 控制电路的输出端连接，其输出端与单相桥式逆变电路驱动控制电路的输入 端连接；所说的单相桥式逆变电路驱动控制电路的输入端与输出过流保护电 路和过时保护电路的输出端连接，其输出端与输出过流保护电路、过时保护 电路的输入端连接；所说的输出过流保护电路、过时保护电路的输入、输出 端分别与高压直流过流保护电路单元的输出、输入端连接。
8、 一种直流开关试验系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤① 控制单元中的控制器模块将电信号及控制信号量传递至DSP处理单元， 通过DSP对接受到的数据进行比较、计算，并通过I/O控制单元发出I/O控 制信号；② 三相桥式整流滤波及PWM控制电路接受到控制信号后对三相电压进行 整流、滤波，使得接触器接通电路，逆变电路将对其进行高频逆变，并有PWM 电路控制其信号的输出；③ 输出后的电压在高频高电降压回路进行高频高电降压升流处理；④ 升流后的信号进行单向全波电流整流,多路信号并联输出；⑤ 电流检测装置对输出电流进行检测、比较.，并将结果告知电流保护回 路，保护电路将电流检测结果进行处理后反馈给控制保护电路，进行相应的 保护动作。
全文摘要
一种直流开关试验系统，其特征在于它是由控制单元和输出单元两部分组成；其中，所说的控制单元包括控制器模块和高压整流及逆变模块，所说的输出单元包括整流电路模块和电流检测及控制保护模块；其工作方法为①数据采集、处理、发出I/O控制信号；②整流、滤波、输出；③高频高电降压升流处理；④单向全波电流整流，多路信号并联输出；⑤对输出电流进行检测、比较、处理，反馈给控制保护电路，进行相应的保护动作；其优越性为①操作智能化、可视化；②提高了效率，减小了体积和重量；③测量及计时精度高；④保护电路完善；模块化设计，方便维护和使用。
文档编号G01R31/327GK101241167SQ20071030028
公开日2008年8月13日 申请日期2007年12月26日 优先权日2007年2月9日
发明者何榆林, 刚 张, 张忠杰, 伟 王, 蔡登明 申请人:天津新技术产业园区凯发电气成套设备有限公司