专利名称：断路器动作特性试验设备的制作方法
断路器动作特性试验设备
所属领域
本发明涉及低压电器检测行业的一种断路器动作特性试验设备，属于低压电器检测技术领域。
背景技术：
随着时代的发展，我国的低压电器领域的检测手段已明显落后国外水平，成为智能电工产品发展的瓶颈，制约了整个行业的技术进步。
传统的接触式机械开关在检测行业中的应用存在着很多的弊端，随着新标准的不断更新，已经越来越显示出其局限性无法实现快速响应和接通相位角的准确控制，无法实现对于随后输出波形的控制，无法解决时间控制的准确性，无法解决多种控制方式的综合控制，无法解决分断时的电弧问题，无法解决工作效率低、噪音大等等问题，无法实现新标准所规定的各项试验，制约了其在检测行业的应用，影响了智能电工产品的发展。
电力电子器件作为开关元件与接触式机械开关相比，具有开关速度快、灵敏度高、动作无噪音、防爆、无火花、寿命长、免维护、耐震动、抗冲击、可靠性高等优点，是在检测行业应用的一个新领域，也是未来的发展方向。
低压断路器动作特性试验设备主要用于产生检测设备所需要的电流电压波形，达到检测低压电器产品性能的目的，通过相关控制技术和晶闸管耐受大电流冲击等一系列关键技术研究，实现对于新型的配以电子式脱扣器的断路器所规定的瞬动、可返回、谐波、骤降的多种特性试验相关功能要求。
4目前市场上有相应功能的产品，但功能简单、结构单一， 一个试验 往往需要多个设备配合才能完成，无法同时实现对断路器各种特性的测 试，更无法实现各种状况的在线保护，大大影响了检测行业的发展。
公开号为CN1743865的专利文件描述的是一种塑壳断路器瞬动特性 试验装置，由计算机控制柜和工作柜组成；其中，计算机控制柜包括工 控机、检测电路和控制电路；工作柜包括电机、电流调节电路和试品检 测档位；工控机分别与检测电路和控制电路相连；检测电路分别与电流 调节电路和试品检测档位相连；控制电路依次与电机和电流调节电路相 连。该发明实现了选相合闸，消除了瞬动特性调试试验中试验电流的非 周期分量的影响；实现了实时检测试验电路的电流、电压参数，并进行 微机自动控制调节，保证了试验电流的精度，解决了由于手动调节、试 品阻值不等、回路电阻发热、室温变化等因素造成的试验电流不准的技 术难题。该设备采用工控机的方式，成本较高，实现的功能也单一，只 有瞬动特性，完成断路器功能测试的还需要别的设备配合。
发明内容
本发明的目的在于提出一种断路器动作特性试验设备，该试验设备 针对低压电器检测行业接触器电寿命试验的特点，利用晶闸管技术和单 片机控制的方式设计一种无触点的试验设备，用于实现检测断路器特性 所需的各种功能，大大降低了试验所需的成本，解决了接触器分断时的 电弧、工作效率低、噪音大等等问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是断路器动作特性试验设备 包括功率回路部分、晶闸管触发控制电路、输入/输出信号的采样与处理 部分、开关电源部分、主芯片。
功率回路部分包括四组并联的晶闸管组件(8个晶闸管)以及一些 电阻电容等器件。晶闸管触发控制电路要可靠的实现四组晶闸管的并
5联工作。输入/输出信号的采样与处理部分保证测量和控制的精度要求。
本发明的有益效果本发明实现了断路器特性试验中的瞬动、可返 回、谐波、骤降的各项特性测试功能的需求；实现了实时检测试验电路 的电流、电压参数，并进行自动控制调节，保证了试验波形的精度。
以下结合附图及实施例对本发明申请的技术方案作比较详细地说明。
图1为本发明的一种断路器动作特性试验设备系统整体硬件框
图2为本发明的一种断路器动作特性试验设备电压电流信号处 理电路框图3为本发明的一种断路器动作特性试验设备通信显示部分 硬件框图4为本发明的一种断路器动作特性试验设备系统整体的软件 运行框图。
具体实施例方式
参照图1，这是本发明一种断路器动作特性试验设备系统整体硬件框图。
如图所示，包括功率回路部分l、晶闸管触发控制电路2、输入/输出 信号的采样与处理部分3、开关电源部分4、主芯片4。其电信号传递关 系是晶闸管触发控制电路信号去触发晶闸管，然后将信号传给输入信 号采集电路，经过主芯片处理后，传输到功率回路。
所述的功率回路电路l:包括四组并联的晶闸管组件(8个晶闸管)
以及一些电阻电容等器件，采用四组晶闸管的并联主要是用于实现对主
回路的20000A (400V电压下)大电流的控制。单个晶闸管的最大电流 是3000A，要实现20000A电流只有采用多组晶闸管并联的方式。所述的晶闸管触发控制电路2:要可靠的实现四组晶闸管的并联工 作，主要解决两个方面的问题， 一是主回路部分的均流问题，另外一个 就是控制部分的一致性问题。均流问题的解决主要靠晶闸管本身的特性 以及一些外围阻抗的匹配来实现，而控制部分的一致性主要体现在多路 触发信号的在触发时间上的同步和触发脉冲的一致性。
所述的输入/输出信号的采样与处理部分3:为了保证测量和控制的 精度要求，电流和电压信号的采集是关键，该设备采用高精度电流互感 器和电压互感器，即隔离了主回路和控制回路的强弱电压，保护了控制 部分的安全，又提高了测量和控制的精度。信号调理部分信号通过运放 OP07处理后由max319电子开关切换，实现负半周波形的翻转，直接进 入主芯片H8/3687的IO位AD 口，同时产生电压电流的过零信号，用于 系统的同步控制。
所述的电源部分4:为220V开关电源，使用T0P223芯片，使用定制 变压器，输出+5V(800mA)，+9V， -9V(为运算放大器的电源)，+24V(400mA) 为辅助继电器电源。另外+G24V隔离电源，专供外部输入信号使用，+G5V 为通信使用。为了保证稳定，+9V，-9V， +05￥采用三端稳压源。由于触发 晶闸管的电流较大，所以对于晶闸管的触发回路上采用外接24V的直流 电源的方法。
所述的主芯片5:主芯片采用的瑞萨的H8/Tiny系列的3687芯片， 16位内核，具有54K Program Flash, 4K Data RAM, 8路10位A/D，六 路PWM信号输出，两路SCI串口。系统中主要用到的该芯片的外围电 路如下10位A/D口用于测量电压电流，外部中断用于同步信号和频率 的采集， 一路SCI用于液晶触摸控制器的通信，另一路SCI用于上位机 485的通信，PWM输出用于控制晶闸管。
参照图2，这是本发明的一种断路器动作特性试验设备电压电流信号 处理电路框图。
如图所示，断路器动作特性试验设备的电压电流信号处理电路，包括电压信号输入、电流信号输入、电压电流互感器、运放处理电路、产
生翻转信号、产生过零检测信号、电子开关切换、主CPU。
为了保证测量和控制的精度，电流和电压信号处理是关键，该设备 采用高精度电流互感器和电压互感器，即隔离了主回路和控制回路的强 弱电压，既保护了控制部分的安全，又提高了测量和控制的精度。信号
调理部分信号通过运放OP07处理后由max319电子开关切换，实现负半 周波形的翻转，直接进入主芯片H8/3687的IO位AD 口，同时产生电压 电流的过零信号，用于系统的同步控制。
参照图3，这是本发明的一种断路器动作特性试验设备通信显示 部分硬件框图。
如图所示，通信显示部分硬件采用的是典型的RS-485电路。主要器
件为485芯片75176，三个光耦分别用于隔离75176的发送、接受和控制
三个信号。协议为使用广泛的Modbus协议，主要使用0x03， 0x06， 0x10
等一些常用的功能码。操作显示部分考虑到了用户使用的直观和方便，
采用的是5.7寸的液晶真彩的触摸液晶控制器，通过液晶触摸控制器，用
户可以方便的査看系统运行状态、修改调整各类参数。
参照图4，这是本发明一种断路器动作特性试验设备系统整体的软件
运行框图。
如图所示，包括系统软件，其步骤是，从'设备上电'到'程序初 始化'、'是否存在故障'进行判断，如果是，进入'故障处理'；如果否， 进入'完成初始化'、'等待启动信号'，如果否，再进入'等待启动信号'； 如果是，进入'设备工作过程'、 <等待停止信号'；如果否，进入'设备 工作过程'；如果是，则返回'等待启动信号'。
虽然本发明已参照上述的实施例来描述，但是本技术领域中的普通 技术人员，应当认识到以上的实施例仅是用来说明本发明，应理解其中 可作各种变化和修改而在广义上没有脱离本发明，所以并非作为对本发
8明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述的实施例的变 化、变形都将落入本发明权利要求的保护范围。
权利要求
1、一种断路器动作特性试验设备，用于低压电器检测行业低压断路器动作特性试验，其特征在于所述的试验设备硬件包括功率回路部分(1)、晶闸管触发控制电路(2)、输入/输出信号的采样与处理部分(3)、AC220V开关电源部分(4)、主芯片(5)；所述的试验设备的软件，包括系统软件；其电信号传递关系是晶闸管触发控制电路将信号去触发晶闸管，将信号传给输入信号采集电路，经过主芯片处理后，传输到功率回路；上述的硬件与软件的有机结合，使该试验设备实现应有的功能。
2、 如权利要求1所述的断路器动作特性试验设备，其特征在于 所述的晶闸管触发控制电路(2)，由四组晶闸管的并联，均流问题的解 决由晶闸管本身的特性以及一些外围阻抗的匹配来实现，而控制部分的 一致性由多路触发信号的在触发时间上的同步和触发脉冲的一致性来实 现。
3、 如权利要求1所述的断路器动作特性试验设备，其特征在于 所述的输入/输出信号的采样与处理部分(3)，采用高精度电流互感器和 电压互感器，信号调理部分通过运放OP07处理后由max319电子开关切 换，实现负半周波形的翻转，进入主芯片H8/3687的IO位AD 口，产生 电压电流的过零信号，采用DB9接口，产生电压电流的过零信号，用于 系统的同步控制。
4、 如权利要求1所述的断路器动作特性试验设备，其特征在于所 述的通信显示部分(4)，采用的是RS-485电路，三个光耦分别用于隔离 75176的发送、接受和控制三个信号，为使用Modbus协议，主要使用0x03， 0x06， OxlO常用的功能码，操作显示部分，采用的是5.7寸的液晶真彩的触摸液晶控制器。
5、 如权利要求1所述的断路器动作特性试验设备，其特征在于所 述的电源部分，为220V开关电源，使用T0P223芯片，变压器输出+5V、 800mA，+9V，-9V为运算放大器的电源，+24V、 400mA为辅助继电器电源； 另外+G24V隔离电源，专供外部输入信号使用，+G5V为通信使用； +9V，-9V， +05￥采用三端稳压源；晶闸管的触发回路上采用外接24V的直 流电源。
6、 如权利要求1所述的断路器动作特性试验设备，其特征在于所述的系统软件，其步骤是，从'设备上电'到'程序初始化'、'是否存在故障，进行判断，如果是，进入'故障处理，；如果否，进入 <完成初 始化'、^等待启动信号'，如果否，再进入^等待启动信号'；如果是， 进入'设备工作过程'、'等待停止信号'；如果否，进入'设备工作过程'； 如果是，则返回^等待启动信号'。
全文摘要
本发明涉及一种低压断路器动作特性试验设备，包括功率回路部分、晶闸管触发控制电路、输入/输出信号的采样与处理部分、开关电源部分、主芯片。其电信号传递关系是晶闸管触发控制电路去触发晶闸管，将信号传给输入信号采集电路，经过主芯片处理后，到功率回路。功率回路采用晶闸管是设备具有成本低、控制精度高、相应时间短、可靠性强等特点，控制晶闸管的触发采用独立的信号发生源和CPLD相结合的方式，使触发更可靠、响应更准确、配置更方便，从而实现了同一设备通过简单的在线配置能实现断路器所规定的各项特性测试功能的需求。设备集成了现场总线通信接口，能方便的接入系统网络，方便远程控制和诊断，多种控制方式使操作更灵活。
文档编号G01R31/327GK101458306SQ20081020236
公开日2009年6月17日 申请日期2008年11月6日 优先权日2008年11月6日
发明者徐方荣, 顾双玲 申请人:上海电器科学研究所(集团)有限公司