遠控交流電流源的製作方法

2023-06-03 20:31:16 2

專利名稱：遠控交流電流源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種運用單片機控制的，具有遠方調節功能的遠控交流電流源。
背景技術：
隨著用電量的日益增加，電能表的量程呈現增大的趨勢，從早期的2. 5 (10) A到目 前5(60)A甚至10(100)A，大量程的電流表在進行長時間的運行試驗時，需要使用模擬電流 源以降低功率損耗，通常校表臺使用的電流源價格太高，運行成本高，簡易的變壓器降壓方 式的電流源調整不方便，並且電流波動很大，為實現電能表的長期運行測試，需要使用遠方 計算機控制的交流電流源，以實現對電能表的長時間自動測試。

實用新型內容為了使電流源輸出穩定的電流，以實現對電能表的長時間自動測試的目的，本實 用新型提出了一種遠控交流電流源，其技術方案如下一種遠控交流電流源，包括控制器KZQ和總線轉換器ZHQ，控制器KZQ由單片機和 外圍器件構成，其特徵在於控制器KZQ採用與單相電能表相同的外殼和接線端子，使用3、 4端子接入220V電源，電流互感器CT接入端子1、2，18V直流電源輸出連接端子11，用於完 全斷開輸出電流的繼電器JDl連接端子12，旋臂上止點位置開關Sl連接端子13，旋臂下止 點位置開關S2連接端子14，調壓用電動機MT連接端子15、16，與上位計算機通信用的CAN 總線連接端子17、18，CAN總線驅動電路與控制器主控晶片間電氣上隔離，採用獨立的電源 供電並使用光電隔離器。所述的控制器KZQ包括手動調壓器T2、調壓電動機MT、減速機構JS，減速機構JS 驅動調壓器的旋臂XB旋轉，旋臂XB上安裝的炭刷TS與調壓器T2的接觸點位置的改變實 現輸出電壓的變化，調壓器的輸出端接低壓大電流輸出的變流器Tl，實現電壓到電流的轉 換，通過調節電壓間接得到大電流輸出。所述的控制器KZQ採用的單片機型號為CEP2002AC，其內部具有AD轉換器。通過電流互感器CT實時採集的電流值經過變換後通過接線端子1、2接入控制器， 與通過CAN總線由上位計算機送來的設定電流值進行對比，使輸出電流始終保持設定值及 允許的偏差範圍內，為了調壓器的旋臂在允許範圍內調節，設置上止點限位開關Sl和下止 點限位開關S2，當電機驅動旋臂到達上止點時，開關Sl斷開，即使控制器仍有輸出，電機也 停止運轉，同時通過三極體NJl檢測到相應的位置信號U_0VER送入單片機的P3. 2埠，單 片機停止輸出繼續上行的命令，並驅動電機向相反的方向運動，同樣，當控制器輸出電流為 零時回到下止點，開關S2斷開，電機停止運行，同時通過三極體NJ2檢測到相應的位置信號 D.0VER送入單片機的P3. 3埠，單片機停止輸出繼續下行的命令。電機的驅動採用兩隻N 型場效應管NK3、NK4和兩隻P型場效應管PK1、PK2組成的橋式驅動電路，四隻場效應管由 單片機驅動，從而實現電機的正轉或反轉，限位開關Sl和S2接在電橋的兩個上臂中。根據權利要求1所述的一種遠控交流電流源，其特徵在於所述的電流源還包括CAN通信接口，用於連接上位控制的主控計算機，CAN總線為雙絞線，可以將多臺設備連接 在同一總線上實現數據交換，所述交流電流源內部裝有TTL電平到CAN總線的轉換晶片，型 號是PCA82C250T，CAN總線的電源單獨隔離，實用高速光電隔離器6N137。由於使用的CAN總線不能直接接入主控計算機，作為配套的設備，總線轉換器具 有將CAN總線轉換成RS232電平，實現使用計算機的一個通信串口控制一臺或多臺所述的 交流電流源以實現單相、三相或多組設備的電流控制。本實用新型有效解決了電流源調整不方便，電流波動大的問題，降低了電流源的 運行成本。

圖1是實用新型遠控交流電流源控制器端子及外部接線的原理圖。圖2是實用新型遠控交流電流源的調壓器結構示意圖。圖3是實用新型遠控交流電流源的總線轉換器端子及接線示意圖。圖4是實用新型遠控交流電流源與主控計算機的連接示意圖。圖5是實用新型遠控交流電流源的單片機及CAN接口驅動部分電路的原理圖。圖6是實用新型遠控交流電流源的電源、電機驅動和繼電器驅動部分的原理圖。圖7是實用新型遠控交流電流源的總線轉換器的電路原理圖。圖1和3中，由於控制器和總線轉換器都使用了電能表的外殼和端子，其接線端子 的標號相同。都採用1-4和11-18。圖1中JD1是外接繼電器，在調壓器出現異常時用於切斷輸出電流的，由控制器 內的單片機驅動。Tl是變流器，用於將調壓器輸出的電壓變換成低壓大電流輸出，輸出電壓在IV以 下，最大電流輸出120A;CT為電流互感器，互感器的參數應將Tl的變比考慮在內。T2為調 壓器。圖2中調壓電機MT和減速機構JS組合為一體並安裝在調壓器的圓環內，輸出軸 上安裝旋臂XB和炭刷TS，碳刷與調壓器的繞組接觸實現調壓。圖3中C0M1和COM2是9針RS232接口，在外殼上開孔安裝，設計成兩個通道的 轉換器，便於冗餘使用。圖4中電流源1-n為所述的交流電流源，與總線轉換器共同連接在CAN總線上， 總線的兩個端頭要分別接一隻120歐大電阻。計算機可以通過不同的地址編號控制每個電 流源。圖7中轉換器使用三組隔離電源，實現主控計算機接口、總線接口 CANl和CAN2 之間的相互隔離。
具體實施方式
圖1所示，遠控交流電流源由控制器KZQ、調壓器T2、調壓電動機MT、上止點位置 開關Si、下止點位置開關S2、繼電器JD1、變流器Tl和電流互感器CT組成，CAN_H和CAN_L 連接到CAN總線，接受主控計算機的控制指令。主控計算機通過CAN總線發送來的指令，經過控制器KZQ處理後，與當前從CT採集到的電流值進行比對，再驅動調壓電動機MT，經過減速機構JS，驅動調壓器的旋臂XB旋 轉實現調壓，調壓器的輸出端接低壓大電流輸出的變流器Tl，實現電壓到電流的轉換，通過 調節電壓間接得到大電流輸出。控制器採用與單相電能表相同的外殼和接線端子，接線端子的定義是端子3和4 接入220V電源、端子1和2接入電流互感器CT、端子11輸出18V直流電源、端子12驅動繼 電器輸出、端子13接旋臂上止點位置開關Si、端子14接旋臂下止點位置開關S2、端子15 和16接調壓電動機、端子17和18用於連接與主控計算機通信用的CAN總線。圖5所示，交流電流源的控制器採用的單片機U1，型號是CEP2002AC，具有內部的 AD轉換器，實時採集電流互感器CT變換後通過接線端子1、2接入的電流信號，與通過CAN 總線由上位計算機送來的設定電流值進行對比，使輸出電流始終保持設定值及允許的偏差 範圍內。圖6所示，為保證調壓器的旋臂在允許範圍內調節，設置上止點限位開關Sl和下 止點限位開關S2，當電機驅動旋臂到達上止點時，開關Sl斷開，即使控制器仍有輸出，電機 也停止運轉，同時通過三極體NJl檢測到相應的位置信號U_0VER送入單片機Ul的P3. 2端 口，單片機停止輸出繼續上行的命令，並驅動電機向相反的方向運動，同樣，當控制器輸出 電流為零時回到下止點，開關S2斷開，電機停止運行，同時通過三極體NJ2檢測到相應的位 置信號D_0VER送入單片機Ul的P3. 3埠，單片機停止輸出繼續下行的命令。電機的驅動 採用兩隻N型場效應管NK3、NK4和兩隻P型場效應管PK1、PK2組成的橋式驅動電路，四隻 場效應管由單片機驅動，從而實現電機的正轉或反轉，限位開關Sl和S2接在電橋的兩個上 臂中。控制器KZQ的電源使用220V交流電源，從端子3、4接入J3、J4，通過變壓器分別得 到兩組隔離的直流電源，一組18V電源提供調壓電動機MT和繼電器JDl的工作電源，並降 壓穩壓後得到單片機工作電源VCC，另一組+5V電源供隔離的CAN總線驅動晶片U4工作電 源。圖5所示，交流電流源還使用CAN通信接口，用於連接上位控制的主控計算機，控 制器內部裝有TTL電平到CAN總線的轉換晶片U4，通過隔離電源+5V，高速光電隔離器UC2、 UC3與單片機實現數據交換，同時保持電氣上的隔離。圖4所示，使用的CAN總線不能直接接入主控計算機，作為配套的設備，總線轉換 器具有將CAN總線轉換成RS232電平，實現使用計算機的一個通信串口控制一臺或多臺所 述的交流電流源以實現單相、三相或多組設備的電流控制。圖7所示，總線轉換器使用電能表的外殼和接線端子，電源通過端子3和4接入 J3、J4，通過兩隻變壓器得到三組隔離的電源VCC、UA和UB，VCC供RS232晶片Ul和U2工 作，並提供與主控計算機相連接的RS232電平信號接口 JKl和JK2，JKl和JK2用插頭連接 到外殼上的9針插座上。UA和UB分別提供隔離的電源到CAN總線驅動晶片U3和U4輸出 兩路獨立的CAN總線CANl和CAN2，可作為主控計算機的一主一備冗餘通道使用。
權利要求1.一種遠控交流電流源，包括控制器(KZQ)和總線轉換器(ZHQ)，控制器(KZQ)由單片 機和外圍器件構成，其特徵在於控制器(KZQ)採用與單相電能表相同的外殼和接線端子， 使用3、4端子接入220V電源，電流互感器(CT)接入端子1、2，18V直流電源輸出連接端子 11，用於完全斷開輸出電流的繼電器(JDl)連接端子12，旋臂上止點位置開關(Si)連接端 子13，旋臂下止點位置開關(S》連接端子14，調壓用電動機(MT)連接端子15、16，與上位 計算機通信用的CAN總線連接端子17、18，CAN總線驅動電路與控制器主控晶片間電氣上隔 離，採用獨立的電源供電並使用光電隔離器。
2.根據權利要求1所述的一種遠控交流電流源，其特徵在於所述的控制器(KZQ)包 括手動調壓器(T2)、調壓電動機(MT)、減速機構(JS)，減速機構(JS)驅動調壓器的旋臂 (XB)旋轉，旋臂(XB)上安裝的炭刷(TS)與調壓器(T2)的接觸點位置的改變實現輸出電壓 的變化，調壓器的輸出端接低壓大電流輸出的變流器(Tl)，實現電壓到電流的轉換，通過調 節電壓間接得到大電流輸出。
3.根據權利要求1所述的一種遠控交流電流源，其特徵在於所述的控制器(KZQ)採 用的單片機型號為CEP2002AC，其內部具有AD轉換器。
4.根據權利要求3所述的一種遠控交流電流源，其特徵在於通過電流互感器(CT)實 時採集的電流值經過變換後通過接線端子1、2接入控制器，與通過CAN總線由上位計算機 送來的設定電流值進行對比，使輸出電流始終保持設定值及允許的偏差範圍內，為了調壓 器的旋臂在允許範圍內調節，設置上止點限位開關(Si)和下止點限位開關(S2)，當電機驅 動旋臂到達上止點時，開關(Si)斷開，即使控制器仍有輸出，電機也停止運轉，同時通過三 極管(NJl)檢測到相應的位置信號U_0VER送入單片機的P3.2埠，單片機停止輸出繼續 上行的命令，並驅動電機向相反的方向運動，同樣，當控制器輸出電流為零時回到下止點， 開關(S2)斷開，電機停止運行，同時通過三極體(NJ2)檢測到相應的位置信號D_0VER送入 單片機的P3. 3埠，單片機停止輸出繼續下行的命令。
5.根據權利要求1所述的一種遠控交流電流源，其特徵在於所述的電流源還包括CAN 通信接口，用於連接上位控制的主控計算機，CAN總線為雙絞線，可以將多臺設備連接在同 一總線上實現數據交換，所述交流電流源內部裝有TTL電平到CAN總線的轉換晶片，型號是 PCA82C250T, CAN總線的電源單獨隔離，實用高速光電隔離器6N137。
專利摘要本實用新型涉及一種運用單片機控制的，具有遠方調節功能的遠控交流電流源。包括控制器KZQ和總線轉換器ZHQ，控制器KZQ由單片機和外圍器件構成，其特徵在於控制器KZQ採用與單相電能表相同的外殼和接線端子，使用3、4端子接入220V電源，電流互感器CT接入端子1、2，18V直流電源輸出連接端子11，用於完全斷開輸出電流的繼電器JD1連接端子12，旋臂上止點位置開關S1連接端子13，旋臂下止點位置開關S2連接端子14，調壓用電動機MT連接端子15、16，與上位計算機通信用的CAN總線連接端子17、18，CAN總線驅動電路與控制器主控晶片間電氣上隔離，採用獨立的電源供電並使用光電隔離器。
文檔編號G01R35/04GK201867489SQ201020596168
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月8日 優先權日2010年11月8日
發明者張建偉, 張龍, 曹敏, 楊富萍, 梁華良, 蔣躍明 申請人:雲南電力試驗研究院(集團)有限公司, 雲南電網公司, 昆明天龍經緯電子科技有限公司