開關機械特性測試儀的製作方法

2023-07-20 03:30:06 1

專利名稱：開關機械特性測試儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機械特性測試儀，尤其是一種開關機械特性測試儀，屬於測試儀器技術領域。
背景技術：
早先的開關機械特性測試由光線示波器實現，多通道的光線示波器將線圈帶電(分合指令送達)、觸頭信號、分閘位置信號等記錄在光敏紙上，通過讀示波圖確定開關的參數。隨著晶片技術的發展，上世紀八十年代，國內用單片機作為主控晶片，研製出模擬光線示波器的開關機械特性測試儀。此類儀器實現了測試參數的數位化顯示。
此類產品一直延續到新標準IEC62271-100(其國內版本GB1984-2003)出臺前，除了精度上由原來的8BIT，10KHZ提高到12位，25KHZ，其他方面沒有本質的變化。
IEC62271-100的基本概念是每一種斷路器產品都有其行程特性的標準曲線。當總行程超過20mm時，將±5％總行程迭加到參考曲線上，產生兩條曲線，這兩條曲線就是該產品的包絡線；在總行程小於等於20mm時，以±2mm迭加到標準曲線上生成兩條曲線。這對包絡線可以總行程5％或2mm(相對於行程小於等於20mm)以內上下移動，即在極限情況下，上包絡線或下包絡線與參考曲線重合。被試品產生的曲線必須能在包絡線受上述限制的移動後完全處於上下包絡線之中，則開關的機械特性合格。反之為不合格。
新標準的執行遇到的問題是，現有設備均不能滿足新標準對斷路器多項特性參數、尤其是機械特性曲線的測試要求。
實用新型內容本實用新型要解決技術問題是針對以上現有技術存在的局限性，提出一種可以滿足新標準測試要求的開關機械特性測試儀。
為了解決以上技術問題，申請人經過調查研究，合理解決了下位機與待測斷路器的信號採集銜接問題，提出本實用新型開關機械特性測試儀的技術方案為該儀器含有置信上位機指令、採集原始數據的下位機，所述下位機通過信號放大驅動電路與待測斷路器的受控端連接，所述斷路器的測試信號取樣端通過輸入信號調理電路與下位機的信號採集端連接；所述輸入信號調理電路包括觸頭信號電路、線圈帶電信號電路、線圈電流信號處理電路以及位移傳感器輸入電路；所述觸頭信號電路的信號輸入端串於待測斷路器的分或合迴路中，其信號輸出端通過光電耦合器接下位機的觸頭信號採集端；所述線圈帶電信號電路的信號輸入端與待測斷路器的分或合線圈並聯，其信號輸出端通過光電耦合器接下位機的線圈帶電信號採集端；所述線圈電流信號處理電路的信號輸入端與待測斷路器的分或合迴路中的分流器並聯，其信號輸出端通過霍爾元件接下位機的觸頭信號採集端；所述位移傳感器輸入電路的信號輸入端接待測斷路器的動觸頭，其信號輸出端通過射隨器接通過接下位機的傳感信號採集端。
採用以上技術方案設計製造的開關機械特性測試儀可以接受上位機的指令，通過信號放大驅動電路控制斷路器動作，並通過輸入信號調理電路採集包括觸頭信號、線圈帶電信號、線圈電流信號等多項特性信號，尤其是可以採集來自位移傳感器的多項機械特性信號，將這些信號傳輸到上位機整定處理後顯示出來，從而切實滿足新標準的測試要求。
以下結合附圖對本實用新型作進一步的說明。


圖1為本實用新型一個實施例的結構示意圖。
圖2為圖1實施例下位機的電路圖。
圖2-1至圖2-7為圖2的局部解剖放大圖。
圖3為圖1實施例的信號放大驅動電路圖。
圖4為圖1實施例中輸入信號調理電路的觸頭信號電路圖。
圖5為圖1實施例中輸入信號調理電路的線圈帶電信號電路圖。
圖6為圖1實施例中輸入信號調理電路的線圈電流信號處理電路圖。
圖7為圖1實施例中輸入信號調理電路的位移傳感器輸入電路圖。
具體實施方式
實施例一本實施例的開關機械特性測試儀如圖1所示，上位機負責參數整定、結果解釋、顯示，下位機負責置信上位機指令、採集原始數據。下位機通過信號放大驅動電路與待測斷路器的受控端連接，同時斷路器的測試信號取樣端通過輸入信號調理電路與下位機的信號採集端連接。
下位機如圖2所示，主要由以下部分組成嵌入式控制器S3C44B0X(標號1)、FLASH存儲器SST39VF160(標號2)和SDRAM存儲器HY57V641620(標號3)、RS232串口通信接口(標號4)、USB通信接口(標號5)、高速A/D轉換器AD976(標號6)和電源部分(標號7)。
嵌入式控制器S3C44B0X如圖2-1所示，此部分為下位機系統的核心部分，S3C44B0X為Samsung公司的16/32位RISC處理器，提供內置部件，包括8KB cache，內部SRAM，LCD控制器，帶自動握手的2通道UART，4通道DMA，系統管理器(片選邏輯，FD/EDO/SDRAM控制器)，代用PWM功能的5通道定時器，I/O埠，RTC，8通道10位ADC，IIC-BUS接口，IIS-BUS接口，同步SIO接口和PLL倍頻器。
FLASH存儲器SST39VF160如圖2-2所示，採用16位數據總線與S3C44B0X嵌入式控制器連接，佔用系統的Bank0空間，地址範圍為0x00000000-0x001FFFFF，SST39VF160總的容量為1M×16Bit，用來存放下位機程序。
SDRAM存儲器HY57V641620如圖2-3所示，其片選信號(圖中為19引腳nSCS)和嵌入式控制器S3C44B0X的nGCS6相連，佔用S3C44B0X控制器的Bank6地址空間。HY57V641620佔用的地址範圍為0x0C000000-0x0C7FFFFF，其用來存儲下位機系統的數據。
RS-232C和RS485通信接口如圖2-4所示，分別採用與S3C44B0X嵌入式控制器通訊端連接的MAX3232C和MAX485晶片組成RS-232C和RS485通信接口，用來和上位機及其他儀器進行通信。
USB通信接口如圖2-5所示。採用帶並行總線的USB接口器件PDIUSBD12，此器件符合通用串行總線(USB)1.1版規範。其數據線和系統總線的D7～D0相連，片選信號CS-N和處理器的nGCS2相連，佔用系統的Bank2空間，地址範圍為0x04000000-0x05FFFFFF，而PDIUSB12隻佔用其中2個地址，其地址線A0和系統地址總線的ADDR0相連。其中斷輸出信號和S3C44B0X的EXINT2相連，所以USB中斷為系統的外部中斷2。
高速A/D轉換部分如圖2-6所示。採用AD976轉換器，AD976A為16位A/D轉換器，可達到200kSPS吞吐量。其數據總線和系統總線的D15～D0相連，片選信號CS和系統的nGCS3相連，佔用Bank3空間，即0x06000000～0x07FFFFFF。忙信號BUSY經反相器接到系統的EXINT1，轉換完信號為系統的外部中斷1，A/D轉換器的基準源由高精度基準AD780提供，AD780的高精度對AD976A的轉換精度有著很重要的影響。
電源部分如圖2-7所示，主要由AS1117-5.0、LM1117-3.3、LM1117-2.5晶片構成，可以產生系統所需要的5.0V、3.3V和2.5V穩定電壓。
信號放大驅動電路如圖3所示，主要由光電耦合器U2A和放大三極體N5以及繼電器線圈J7組成。同樣的驅動電路具有2路，分別用來驅動分閘線圈和合閘線圈，下位機的控制信號輸出端(圖2-1中S3C44B0X的58(GPF6)引腳和59(GPF5)引腳)輸出高電平或低電平，通過光電耦合器U2A接放大三極體N5的基極，該三極體的集電極接控制斷路器分合閘動作的繼電器線圈J7，因此可以由下位機接受上位機的指令後，控制待測斷路器分合閘。
輸入信號調理電路由觸頭信號電路、線圈帶電信號電路、線圈電流信號處理電路以及位移傳感器輸入電路構成。
觸頭信號電路如圖4所示，具有4路同樣的電路，分別測量A相、B相、C相和輔助觸點的帶電狀態。其信號輸入端AIN串於待測斷路器的分或合迴路中，其信號輸出端A通過光電耦合器U2C接下位機的觸頭信號採集端，即圖2-1中的S3C44B0X的28(GPG4)引腳。處理器通過檢測其輸入的電平信號來判斷對應的觸頭是否帶電。
線圈帶電信號電路如圖5所示，用於確定線圈帶電起始時間，主要由整流橋D19和光電耦合器UC3組成，其信號輸入端OCIN1、OCIN2與待測斷路器的分或合線圈並聯，接整流橋D19的兩端，整流橋D19的信號輸出端F通過光電耦合器U3C接下位機的線圈帶電信號採集端如圖2-1中的S3C44B0X處理器的118(GPC0)引腳。處理器通過判斷其輸入的電平變化來啟動定時器進行計時，來確定線圈帶電的起始時間。
線圈電流信號處理電路如圖6所示，用於測量線圈電流，主要由集成電路晶片C6(ICL7650)和霍爾元件H2組成，由於被測對象是微弱電流信號，放大容易引起電壓和電流的失調，以及零點漂移、自激幹擾。所以選用自穩零斬波運算放大器ICL7650實現電壓-電流轉換。其信號輸入端OC-和OC+與待測斷路器的分或合迴路中的分流器並聯，經集成電路晶片輸入端4、5腳，由其輸出端10腳輸出，通過霍爾元件H2接下位機的觸頭信號採集端，即圖2-1中的75引腳AIN0輸入端。而AIN0是S3C44B0X處理器的10位8通道ADC轉換器的輸入端之一，通過其可以測量線圈電流。
位移傳感器輸入電路如圖7所示，其信號輸入端通過3PIN插件接待測斷路器的動觸頭，其信號輸出端通過射隨器接通過接下位機的傳感信號採集端，即圖2-6中AD976的模擬量輸入端引腳1。AD976為16bit高速A/D轉換器，從而使採樣精度可以達到16位。
使用證明，本實施例的開關機械特性測試儀具有以下優點●精確採樣——時間精度可以高達60kHz，幅值精度可以達到16位；●上位機完成測試全過程以及後期數據的分析和管理，上、下位機通過USB接口連接，保證了測試的準確性、穩定性和高速性；●能夠列印出詳細報表，報表包括單分、單合曲線以及參數；●能夠實現開關單分、單合、合分、分-合-分、分-合-分-合-分、合-分-合-分六種測試；●配備有曲線生成軟體用於生成標準曲線；●測試時可以安裝傳感器來測量時間-行程特性曲線，並能按照IEC62271-100-2001-05以及GB/T1983-2004標準完成標準曲線和實測曲線的比對；
●包含內控、外控、手力合分三種控制方式；●可以選擇將傳感器安裝在ABC三相中的任意一相，靈活整定；●能測試出分合閘線圈電流峰值以及變化曲線；●能測試並顯示出觸頭速度以及加速度的變化曲線；●可以根據佔行程百分比、時間、行程分別定義觸頭運動速度，滿足各種速度測試要求；●能直接精確測量觸頭開距；●能測量並顯示斷口波形、反彈幅值、彈跳、超程、過衝等；●能保存所有測試過的數據，並能提供後期查詢功能；●能夠測多油、少油、SF6、真空等各種電壓等級下的斷路器。
除上述實施例外，本實用新型還可以有其他實施方式。凡採用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本實用新型要求的保護範圍。
權利要求1.一種開關機械特性測試儀，含有置信上位機指令、採集原始數據的下位機，其特徵在於所述下位機通過信號放大驅動電路與待測斷路器的受控端連接，所述斷路器的測試信號取樣端通過輸入信號調理電路與下位機的信號採集端連接；所述輸入信號調理電路包括觸頭信號電路、線圈帶電信號電路、線圈電流信號處理電路以及位移傳感器輸入電路；所述觸頭信號電路的信號輸入端串於待測斷路器的分或合迴路中，其信號輸出端通過光電耦合器接下位機的觸頭信號採集端；所述線圈帶電信號電路的信號輸入端與待測斷路器的分或合線圈並聯，其信號輸出端通過光電耦合器接下位機的線圈帶電信號採集端；所述線圈電流信號處理電路的信號輸入端與待測斷路器的分或合迴路中的分流器並聯，其信號輸出端通過霍爾元件接下位機的觸頭信號採集端；所述位移傳感器輸入電路的信號輸入端接待測斷路器的動觸頭，其信號輸出端通過射隨器接通過接下位機的傳感信號採集端。
2.根據權利要求1所述開關機械特性測試儀，其特徵在於所述下位機主要由嵌入式控制器以及通過總線與之連接的FLASH存儲器、SDRAM存儲器、高速A/D轉換器以及RS232串口通信接口和USB通信接口構成。
3.根據權利要求2所述開關機械特性測試儀，其特徵在於所述信號放大驅動電路主要由光電耦合器、放大三極體以及繼電器線圈組成，所述下位機的控制信號輸出端通過光電耦合器接放大三極體的基極，所述三極體的集電極接控制斷路器分合閘動作的繼電器線圈。
4.根據權利要求3所述開關機械特性測試儀，其特徵在於所述線圈帶電信號電路主要由整流橋和光電耦合器組成，其信號輸入端接整流橋的兩端，所述整流橋的信號輸出端通過光電耦合器接下位機的線圈帶電信號採集端。
5.根據權利要求4所述開關機械特性測試儀，其特徵在於所述線圈電流信號處理電路主要由集成電路晶片和霍爾元件組成，其信號輸入端經集成電路晶片輸入端，由該集成電路晶片輸出端通過霍爾元件接下位機的觸頭信號採集端。
專利摘要本實用新型涉及一種開關機械特性測試儀，屬於測試儀器技術領域。該儀器含有下位機，下位機通過信號放大驅動電路與待測斷路器的受控端連接，斷路器的測試信號取樣端通過輸入信號調理電路與下位機的信號採集端連接。輸入信號調理電路中的觸頭信號電路、線圈帶電信號電路、線圈電流信號處理電路、位移傳感器輸入電路的信號輸入端接待測斷路器的對應部位，以上電路的信號輸出端分別接下位機的對應信號採集端。本實用新型可以接受上位機的指令，採集包括觸頭信號、線圈帶電信號、線圈電流信號等多項特性信號，尤其是可以採集傳感器的多項機械特性信號，並將這些信號傳輸到上位機整定處理後顯示出來，從而切實滿足新標準的測試要求。
文檔編號G01R31/327GK2821594SQ20052007371
公開日2006年9月27日 申請日期2005年7月19日 優先權日2005年7月19日
發明者姜寧, 王玉英, 漆煒之, 金基平, 王春寧, 李剛, 王珂 申請人:江蘇省電力公司南京供電公司, 西安博能電力技術有限公司