低壓電器檢測(cè)用交流恒流源系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

王顯磊 付建泉

摘要：為保證低壓電器的穩(wěn)定運(yùn)用，工作人員需要運(yùn)用數(shù)字處理、電子技術(shù)等方式，對(duì)低壓電器進(jìn)行檢測(cè)，其中交流恒流源系統(tǒng)能夠滿足檢測(cè)要求?；诖?，本文提出了設(shè)計(jì)流程、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、測(cè)試功能系統(tǒng)四個(gè)方面措施對(duì)低壓電器檢測(cè)中的交流恒流源系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高檢測(cè)效率與質(zhì)量，保證低壓電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：低壓電器檢測(cè)；交流恒流源；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著科技的發(fā)展，電子技術(shù)被應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)務(wù)之中，其中低壓電器是電力系統(tǒng)中較為基礎(chǔ)的原件，在運(yùn)行之前，需要工作人員對(duì)其進(jìn)行檢查。交流恒流源系統(tǒng)是對(duì)電器進(jìn)行測(cè)試的核心組件，具有穩(wěn)定性強(qiáng)、精度高的特點(diǎn)，需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行深入研究，保證交流恒流源系統(tǒng)在低電壓檢測(cè)中的可行性。

1低壓電器檢測(cè)裝備現(xiàn)狀

檢測(cè)裝備對(duì)于低壓電器的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用，現(xiàn)階段，低壓電器檢測(cè)裝備存在以下幾個(gè)方面問題：第一，設(shè)計(jì)理念落后。設(shè)計(jì)師在低壓電器試驗(yàn)室在主回路設(shè)計(jì)上，仍借鑒上世紀(jì)七十年代的成熟模式，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品選型、安全因素等各方面，均存在不成熟的現(xiàn)象。第二，設(shè)備落后。低壓電器檢測(cè)試驗(yàn)與傳統(tǒng)配電工程相比較為特殊，由于供應(yīng)商在新產(chǎn)品、新工藝研發(fā)方面投入有限，因而試驗(yàn)室設(shè)備普遍存在工藝陳舊、更新?lián)Q代緩慢等問題。第三，技術(shù)落后。在對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析的環(huán)節(jié)中，國產(chǎn)設(shè)備與進(jìn)口設(shè)備在功能性方面的差距較為明顯。而交流恒流源系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上，相比傳統(tǒng)的電機(jī)調(diào)控式恒流源、功放式恒流源產(chǎn)品在輸出電流精度、波形失真度、響應(yīng)時(shí)間、轉(zhuǎn)換效率、保護(hù)功能方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)加以研究，將其利用在低壓電器檢測(cè)中。

2如何進(jìn)行低壓電器檢測(cè)中交流恒流源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)流程

交流恒流源的工作原理是通過電路控制開關(guān)進(jìn)行高速的道通與截止，將直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給變壓器進(jìn)行變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓。本文將以單片機(jī)的數(shù)控橫流作為基礎(chǔ)進(jìn)行分析，交流恒流源系統(tǒng)中主要由控制單元、轉(zhuǎn)換模塊等幾個(gè)方面組成。第一，在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要運(yùn)用DSP型處理器作為控制核心，從而使交流恒流源系統(tǒng)能夠?qū)Φ蛪弘娖鬟M(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)，避免在檢測(cè)過程中，破壞交流恒流源系統(tǒng)。第二，設(shè)計(jì)人員需要將AD采樣處理模塊運(yùn)用在交流恒流源系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)采集低壓電器中的數(shù)據(jù)，工作人員可以運(yùn)用將所采集的數(shù)據(jù)與修正系數(shù)進(jìn)行對(duì)比的方式，判斷在低壓電器中是否存在問題。第三，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)通訊顯示檔位模塊進(jìn)行研究。運(yùn)用此模塊可以控制人機(jī)界面、通訊接口等環(huán)節(jié)，還可以對(duì)低壓電器的異?，F(xiàn)象進(jìn)行處理。設(shè)計(jì)人員在此過程中需要運(yùn)用ARM-CortexM3處理器、C語言等設(shè)備進(jìn)行編寫，能夠保證交流恒流源系統(tǒng)的精確性，從而實(shí)現(xiàn)通訊、連接后臺(tái)等功能。

2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

低壓電器檢測(cè)用交流恒流源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)主要是指，對(duì)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的子功能模塊電路原理的設(shè)計(jì)。第一，元器件選型。在設(shè)計(jì)過程中，工作人員需要保證節(jié)約成本的同時(shí)，保證系統(tǒng)運(yùn)用的功能多樣性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。第二，電路設(shè)計(jì)。在完成元件選型后，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)各功能模塊電路原理圖進(jìn)行繪制。其中的主要模塊是人機(jī)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其任務(wù)是幫助工作人員讀取低壓電器在運(yùn)行過程中的信息和數(shù)據(jù)，需要設(shè)計(jì)人員保證系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定性。例如，某鐵路低壓電器測(cè)試恒流源。其交流恒流源系統(tǒng)可使用相同的模塊，并且有24種模塊可供選擇。適用于N6705B的基礎(chǔ)電源包括：50W、100W和300W；高達(dá)100V、高達(dá)50A；適用于N6705B的高性能電源包括50W、100W和300W；高達(dá)60V、高達(dá)20A。每個(gè)模塊均包括內(nèi)置電壓表、安培計(jì)、示波器、任意波形發(fā)生器和數(shù)據(jù)記錄器功能。充電機(jī)在恒流狀態(tài)下運(yùn)行，調(diào)整負(fù)載電阻，使直流輸出電壓增加，當(dāng)輸出電壓超過限壓整定值時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)限制輸出直流電壓的增加；當(dāng)輸出電壓減小到限制電壓以下時(shí)，能自動(dòng)恢復(fù)工作。

2.3軟件設(shè)計(jì)

在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要運(yùn)用硬、軟件協(xié)同的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)。第一，選擇控制算法。影響電流監(jiān)測(cè)的因素較多，設(shè)計(jì)人員需要針對(duì)不同的低壓電器以及其實(shí)際的使用情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般情況下，設(shè)計(jì)人員會(huì)選用PID的算法進(jìn)行控制，從而達(dá)到節(jié)省空間的目的。第二，主程序設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行主程序的設(shè)計(jì)過程中需要對(duì)寄存器賦予初值，主要運(yùn)用ADC的初始化，其中包括給基準(zhǔn)電路、采樣模式的選擇等內(nèi)容。另外，設(shè)計(jì)人員還需要對(duì)終端服務(wù)子程序進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員需要將電路中電流互感器把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電壓信號(hào)，為中斷服務(wù)子程序做準(zhǔn)備。第三，在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)運(yùn)用模塊化的方法，主要按照硬件功能模塊進(jìn)行設(shè)置，保證主控芯片DSP能夠輸出適量的頻率，從而與占空比的脈沖向適應(yīng)，進(jìn)而調(diào)整輸出電流。

2.4測(cè)試功能系統(tǒng)

為檢驗(yàn)交流恒流源系統(tǒng)檢測(cè)低壓電器的可行性，設(shè)計(jì)人員應(yīng)設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)，在測(cè)試過程中，設(shè)計(jì)人員需要保證交流恒流源系統(tǒng)能夠保證輸出電流是恒定的，輸出波形為純正弦波，可作為檢測(cè)過流實(shí)驗(yàn)儀器可帶阻性、感性、容性負(fù)載，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維修方便，并可實(shí)現(xiàn)大電流，多量程，多規(guī)格的設(shè)計(jì)，電流源技術(shù)指標(biāo)可滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，適用于低電阻負(fù)載的場(chǎng)所，特別是日用電器的檢測(cè)和試驗(yàn)。例如，山東航宇吉力電子有限公司生產(chǎn)的交流恒流源，適用于低壓電器生產(chǎn)制造企業(yè)、電器檢測(cè)機(jī)構(gòu)、電器科研單位、高校實(shí)訓(xùn)基地以及塑殼斷路器延時(shí)特性測(cè)試與校驗(yàn)設(shè)備、塑殼斷路器瞬動(dòng)特性測(cè)試與校驗(yàn)設(shè)備、小型斷路器瞬動(dòng)特性測(cè)試與校驗(yàn)設(shè)備、精益生產(chǎn)檢測(cè)線。具有穩(wěn)流精度高，0.5%級(jí)別。保證輸出電流恒定，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，能夠滿足各種測(cè)試要求，可進(jìn)行不同電流等級(jí)的自動(dòng)化測(cè)試。

3結(jié)語

綜上所述，交流恒流源系統(tǒng)對(duì)于低壓電器的檢測(cè)具有重要作用，技術(shù)人員應(yīng)提高自身能力水平，對(duì)系統(tǒng)的軟件、硬件進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中，考慮系統(tǒng)的負(fù)載問題，并根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)、國內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)以及實(shí)際情況確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，保證交流恒流源系統(tǒng)的可行性。

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[2]龔階.低壓電器設(shè)備絕緣檢測(cè)與分析[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2017（12）.

（作者單位：山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院）