某型直流變流機(jī)及庫侖電容檢測儀的設(shè)計

劉華棟

(海軍駐太原地區(qū)航空軍事代表室，山西 太原 030006)

虛擬儀器技術(shù)在測試測量以及工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用［1］。虛擬技術(shù)是模塊化集成的方法，結(jié)合軟件開發(fā)平臺，根據(jù)技術(shù)要求，創(chuàng)建界面，實現(xiàn)替代常規(guī)通用儀器的功能。

直流變流機(jī)與庫侖電容檢測儀是基于PXI 總線、計算機(jī)控制、高精度、高速度的測試設(shè)備。其是集數(shù)據(jù)采集、波形收錄、數(shù)據(jù)分析記錄、報表輸出等于一體的自動化測試儀;可同時測量并顯示電壓、電流、波形等，并能夠模擬瞬態(tài)測試環(huán)境，對電源穩(wěn)態(tài)參數(shù)及電容瞬態(tài)波形進(jìn)行捕獲;能將測試數(shù)據(jù)自動存儲，并以Excel 格式進(jìn)行測試數(shù)據(jù)記錄及輸出，方便保存、打印。軟件平臺采用Labview［2］，該測試儀通過進(jìn)行穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)測試，對直流供電系統(tǒng)和庫倫電容進(jìn)行正常工作及非正常工作狀態(tài)下特性測試，記錄分析結(jié)果。

1 總體設(shè)計

測試儀采用標(biāo)準(zhǔn)19 英寸機(jī)柜，并裝有把手及橡膠墊，底部安裝滾輪，可做短距離移動，具有可靠的機(jī)械封裝，適用于不同的工業(yè)環(huán)境;采用模塊化設(shè)計，方便安裝及拆卸，對于使用日常維護(hù)及維修更換非常有利;硬件組成主要包括:測試儀配電，DC27 V 供電系統(tǒng)、DC150 V 供電系統(tǒng)、測控箱、模擬電容、電子負(fù)載、計算機(jī)控制系統(tǒng)等，測試儀框圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)測試原理

測試儀主回路原理圖如圖2。

圖2 系統(tǒng)主回路原理圖

主要設(shè)備說明見表1。

表1 主要設(shè)備說明

2.1 回路原理

2.1.1 直流變流機(jī)和電子負(fù)載

直流變流機(jī)+電子負(fù)載工作流程:

測試回路組成:KM1，KA3 閉合，控制S3 接通或關(guān)斷進(jìn)行突加或突卸負(fù)載，其他回路斷開;測試設(shè)備組成:直流穩(wěn)壓電源G1、直流電子負(fù)載L1;測試內(nèi)容包括:電源調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率、紋波、負(fù)載階躍響應(yīng)等測試項目。

2.1.2 直流變流機(jī)及檢測電容

直流變流機(jī)和檢測電容工作流程:

充電測試回路:KM1，KM6，S3，S4 閉合，其他斷開;充放電測試回路:KM1，KM6，S3，S4 閉合，其他斷開，進(jìn)行充電;S3斷開，S2 接通開始放電;放電至零回路:S4 閉合，控制S2 接通或關(guān)斷，進(jìn)行間歇式放電;測試設(shè)備組成:直流穩(wěn)壓電源G1、檢測電容C1。

2.1.3 庫侖電容測試回路

充電電源、庫侖電容和放電裝置工作順序:

充電測試回路:S1 閉合，其他斷開;充放電測試回路:S1，KA2 閉合，其他斷開，進(jìn)行充電;S1 斷開，S2 接通開始放電;放電至零回路:KA2 閉合，控制S2 接通或關(guān)斷，進(jìn)行間歇式放電;測試設(shè)備組成:充電電源G2、放電裝置L2。

2.2 系統(tǒng)檢測、控制回路

檢測系統(tǒng)檢測、控制回路圖如圖3。

圖3 系統(tǒng)檢測控制圖

2.2.1 主要硬件設(shè)備功能

1)工業(yè)級計算機(jī)系統(tǒng):對測試項目進(jìn)行過程控制，對參數(shù)進(jìn)行實時檢測，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理。

2)直流穩(wěn)壓電源(G1):直流穩(wěn)壓電源(G1)提供變流機(jī)輸入供電。

3)程控直流恒流、恒壓電源(G2):程控直流恒流、恒壓電源用于庫侖電容充電，通過計算機(jī)控制通信接口RS232 發(fā)送相應(yīng)指令，輸出恒流或恒壓模式，實現(xiàn)電容充電模擬。

4)直流電子負(fù)載:直流電子負(fù)載為測試時模擬所需的不同阻性負(fù)載。

5)繼電器板:繼電器板為控制節(jié)點電路。

6)電源控制板:對輸出電壓進(jìn)行控制。

7)儀表、傳感器單元:電壓、電流表通過485 進(jìn)行組網(wǎng)，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)參數(shù)的采集及顯示。

3 測試項目方法及計算

3.1 直流變流機(jī)測試項目

1)電源調(diào)整率P1 測試

2)負(fù)載調(diào)整率P2 測試

3)紋波測試

紋波電壓有效值:直流電壓的交流分量的均方根;紋波電壓U(峰峰值)=max(Umax－Uav，Uav－Umin).

受測電源輸入電壓為額定27 V，輸出在額定負(fù)載時，計算并記錄各路輸出的紋波電壓值。

4)負(fù)載階躍響應(yīng)

受測電源工作在額定輸入狀態(tài)下，從空載按照一定的梯度突加負(fù)載，待輸出穩(wěn)定后，記錄負(fù)載變化前后的穩(wěn)態(tài)電壓、電流等參數(shù)。

5)充電時間測量

受測電源工作在額定輸入狀態(tài)下，待輸出穩(wěn)定后，開始對檢測儀上配置的庫侖電容充電，直到電容充滿，記錄從充電開始到電容充滿所用時間。

6)充放電實驗

受測電源工作在額定輸入狀態(tài)下，充滿放電37 ms，再充2 s，循環(huán)測試，記錄波形。

3.2 庫侖電容測試項目

1)充電時間測量

測試之前先將庫侖電容放電至零后，受測庫侖電容工作在額定輸入狀態(tài)下，開始充電，直到電容充滿，記錄從充電開始到電容充滿所用時間。

2)漏電壓測試

先將受測庫侖電容充電至滿后進(jìn)行測試，在規(guī)定的時間內(nèi)，對受測電容上的電壓降進(jìn)行測量，記錄該過程中的電壓降。

4 軟件系統(tǒng)

操作系統(tǒng)采用Microsoft Windows XP;應(yīng)用軟件采用Microsoft office Access 2003，Excel2003;

軟件開發(fā)環(huán)境為labview 8.6。硬件平臺使用工業(yè)工控計算，CPU:P4 3.0，內(nèi)存:1G，硬盤:160G。

4.1 軟件組織結(jié)構(gòu)

組織結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 軟件組織結(jié)構(gòu)圖

4.2 軟件界面設(shè)計

圖5 直流變流機(jī)檢測界面

圖6 庫侖電容檢測界面

［1］柳愛利，周紹磊.自動測試技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2007.

［2］陳錫輝，張銀鴻.LabVIEW 8.20 程序設(shè)計從入門到精通［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2007.