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高輝1，韓婷2
摘要：電子脫扣器已廣泛應(yīng)用于低壓電器中，根據(jù)國家和企業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)必須先對(duì)電子脫扣器進(jìn)行性能參數(shù)檢測，合格后方能組裝成整機(jī)。針對(duì)電子脫扣器檢測裝置各為獨(dú)立，檢測過程繁瑣，效率低下，檢測質(zhì)量難以保證的問題，提出一種基于嵌入式觸控PC的電子式脫扣器檢測裝置。該裝置采用模塊化組裝方式，可檢測不同類別的電子脫扣器多個(gè)性能指標(biāo)，減少檢測設(shè)備費(fèi)用。實(shí)際應(yīng)用表明，該裝置提高了檢測的效率、可靠性和一致性，便于檢測數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和管理。
關(guān)鍵詞：電子脫扣器，嵌入式觸控PC，檢測裝置。
中圖分類號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
Design and Realization of Electronic Tripping Deviece for Low-voltage Electrical Appliance Detection Device
Gao Hui1，Han Ting2
(1. Tianjin Benefo Electric Co., Ltd, Tianjin 300385, China 2. College of Aeronautical Automation of Civil Aviation University of China, Tianjin , 300300)
Abstract:Electronic trip device has been widely used in low-voltage electrical appliances, which can only be assembled into the machine while passing the detection of performance parameters.
Due to many defects, such as the independent work of trip unit, complicate detection process, inefficient, difficult to ensure the detect quality, exist in traditional detecting device, an electronic
trip detection device based on embedded PC's touch was designed. The device, using modular assembly methods, can detect multiple performance indices in different categories of electronic trip
units and reduce the cost of testing equipment. Practical application showed that the device improves the detection efficiency, reliability and consistency, facilitate the store and manage of test data.
Keywords: Electronic tripping device; Embedded touch PC; Detection device
近幾年，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展，信息技術(shù)水平的提高，各種新技術(shù)以及新工藝的推廣與應(yīng)用，使得低壓電器設(shè)備也逐漸向集成化與智能化方向發(fā)展。目前，已有部分低壓電器采用電子脫扣器。電子脫扣器以主回路中的互感器為信號(hào)源，完成低壓電器的四段保護(hù)和其他功能。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在成品組裝前必須對(duì)其電子脫扣器進(jìn)行性能參數(shù)檢測，檢測合格后裝成整機(jī)，方便后期處理[1]。
在傳統(tǒng)測試或檢測過程中，用模擬電流和電壓發(fā)生電路替代互感器，人工通過示波器測試參數(shù)和查看波形，并利用時(shí)間測試設(shè)備測試時(shí)間特性[2,3]。由于測試設(shè)備各為獨(dú)立對(duì)于測試帶來了很大的成本壓力，以及各個(gè)設(shè)備之間沒有相互聯(lián)系無法準(zhǔn)確測定時(shí)間特性，對(duì)于結(jié)果也無法詳細(xì)記錄。
鑒于此，自行設(shè)計(jì)了一臺(tái)人機(jī)界面友好、穩(wěn)定可靠的低壓電器電子脫扣器檢測裝置。該裝置基于嵌入式觸控PC，并采用升穩(wěn)電流電路與升穩(wěn)電壓電路、試品安裝緊固裝置和數(shù)字信號(hào)控制器等模塊組成基本測試平臺(tái)，監(jiān)測分析電子脫扣器測試點(diǎn)信號(hào)。檢測裝置對(duì)不同類型的電子脫扣器的各項(xiàng)電氣參數(shù)及保護(hù)功能分別進(jìn)行全面的自動(dòng)檢驗(yàn)。所有測試步驟自動(dòng)完成，連接局域網(wǎng)或外界存儲(chǔ)器和打印機(jī)等設(shè)備，可將測試數(shù)據(jù)存盤和打印。實(shí)際應(yīng)用表明，該裝置解決了傳統(tǒng)測試或檢驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題。
1 測試裝置設(shè)計(jì)分析
電子脫扣器是用電子元件構(gòu)成的電路，檢測主電路電流，放大動(dòng)作信號(hào)、推動(dòng)脫扣器動(dòng)作。當(dāng)主回路用電設(shè)備發(fā)生過載，短路故障時(shí)，主回路互感器二次側(cè)變
送的電流，通過模擬電路放大，處理器運(yùn)算，當(dāng)達(dá)到電子脫扣器整定值時(shí)，脫扣器將通過預(yù)制延時(shí)，驅(qū)動(dòng)斷開主回路，用來實(shí)現(xiàn)四段保護(hù)中的過載長延時(shí)、短路短延時(shí)以及短路瞬時(shí)保護(hù)；而當(dāng)線路設(shè)備有單相對(duì)地短路時(shí)，主回路各相電流互感器的電流通過脫扣器的加法模擬電路計(jì)算的電流矢量和不等于零，產(chǎn)生電壓，并經(jīng)集成電路放大，處理器運(yùn)算，達(dá)到整定值時(shí)，通過脫扣器在0.1秒內(nèi)切斷電源，從而起到保護(hù)用電設(shè)備的作用最終實(shí)現(xiàn)四段保護(hù)。電子脫扣器檢測裝置是測試電子脫扣器性能的重要裝置。因此，檢測裝置應(yīng)該滿足一下功能要求：
(1)不同規(guī)格的電子線路板需固定在特制的裝置上，且各測試點(diǎn)與頂針接觸良好。
(2)提供不同規(guī)格電子脫扣器檢測需要的準(zhǔn)確模型信號(hào)調(diào)理電路。
(3)提供穩(wěn)流穩(wěn)壓檢測調(diào)節(jié)功能保護(hù)電路。
(4)方便人員操作的設(shè)備和界面。
(5)測試數(shù)據(jù)，圖形和結(jié)果的保存及打印。
2 測試裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
測試裝置的組成框圖如圖1所示，它主要包括：試品安裝緊固裝置、升穩(wěn)電流電路與升穩(wěn)電壓電路、數(shù)字信號(hào)控制器、嵌入式觸控PC、局域網(wǎng)或外接存儲(chǔ)器和打印機(jī)等。
圖1 測試裝置總體結(jié)構(gòu)
Fig.1 General structure of the test device
嵌入式觸控PC采用ARM構(gòu)架作為系統(tǒng)硬件，內(nèi)存為64MB，存儲(chǔ)空間為128MB，同時(shí)支持SD卡擴(kuò)展大容量文件存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)測試裝置所不具有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。采用Windows系統(tǒng)作為主操作系統(tǒng)，只需采用VC++設(shè)計(jì)，即可完成各種儀器顯
示、控制、存儲(chǔ)、觸控等操作。采用3.5英寸觸控顯示屏，分辨率達(dá)1024*768，反應(yīng)時(shí)間小于5ms，人員操作方便，反應(yīng)速度快。具備USB接口，可接打印機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行打印。
首先，電子脫扣器放置在檢測位置，觸控嵌入式觸控PC，PC控制緊固裝置工作，測試頂針與電子脫扣器上的所有測試點(diǎn)相接觸。然后，嵌入式觸控PC將用戶預(yù)存或設(shè)置的參數(shù)通過COM串口傳輸?shù)綌?shù)字信號(hào)控制器，數(shù)字信號(hào)控制器控制升穩(wěn)電流電路和升穩(wěn)電壓電路輸出可調(diào)的電流和電壓至電子脫扣器，電子脫扣器產(chǎn)生動(dòng)作信號(hào)傳輸?shù)角度胧接|控PC。最后，嵌入式觸控PC將最終的測試數(shù)據(jù)及結(jié)果和設(shè)定參數(shù)對(duì)比顯示，測試報(bào)告通過USB接口輸入到局域網(wǎng)或外接存儲(chǔ)器，如需打印將輸出到打印機(jī)打印。
3 測試裝置硬件電路設(shè)計(jì)
本測試裝置采用模塊化設(shè)計(jì)方法，可有助于簡化設(shè)計(jì)并提高調(diào)試效率和成功率。整個(gè)硬件電路分為升穩(wěn)電流電路和升穩(wěn)電壓電路。測試裝置硬件電路圖如圖2所示。升穩(wěn)電流電路和升穩(wěn)電壓電路均由供電電源(QF1)進(jìn)行供電。
圖2 測試裝置硬件電路
Fig.2 Test equipment hardware circuit
3.1 升穩(wěn)電流電路
升穩(wěn)電流電路由第一繼電器(J1)、單相升壓調(diào)壓器(TV2)、變壓器(T1)、第一繼電器(J6)、第一互感器(CT1)和第二互感器(CT2)組成。供電電源(QF1)輸出端口通過第一繼電器(J1)連接至單相升壓調(diào)壓器(TV2)輸入端，單相升壓器(TV2)由步進(jìn)電機(jī)控制。單相升壓調(diào)壓器(TV2)的輸出端連接到變壓器(T1)，變壓器(T1)輸出端短接，并在回路中串接第一互感器(CT1)和第二互感器(CT2)。第一互感器(CT1)作為輸出檢測信號(hào)，第二互感器(CT2)作為數(shù)字信號(hào)控制器輸出檢測用電流信號(hào)。第一互感器(CT1)輸出端通過第六繼電器(J6)接入待測試電子脫扣器檢測電流信號(hào)端口。
3.2 升穩(wěn)電壓電路
升穩(wěn)電壓電路為由第二繼電器(J2)、三相升壓調(diào)壓器(TV1)、第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)、第一電流型電壓互感器(VT1)、第二電流型電壓互感器(VT2)、第三電流型電壓互感器(VT3)、第四電阻(R4)、第五電阻(R5)、第六電阻(R6)、第三繼電器(J3)、第四繼電器(J4)和第五繼電器(J5)組成。供電電源(QF1)輸出端口通過第二繼電器(J2)連接至三相升壓調(diào)壓器(VT1)的輸入端。三相升壓調(diào)壓器(VT1)由步進(jìn)電機(jī)控制。三相升壓調(diào)壓器(VT1)的輸出端分別通過第三、四、五繼電器(J3、J4、J5)與待測試電子脫扣器電壓信號(hào)端口相連。同時(shí)，三相升壓調(diào)壓器(VT1)輸出端通過第一、二、三電阻(R1、R2、R3)介入第一、二、三電流型電壓互感器(VT1、VT2、VT3)，并經(jīng)過第四、五、六負(fù)載電阻(R4、R5、R6)采集電壓信號(hào)經(jīng)過調(diào)理進(jìn)入數(shù)字信號(hào)控制器。
4 測試裝置軟件設(shè)計(jì)
測試裝置的軟件結(jié)構(gòu)簡單、明晰，控制流程如圖3所示。控制流程簡述如下：
(1)嵌入式觸控PC根據(jù)設(shè)定參數(shù)判斷是否需要電流信號(hào)輸入。如需要，嵌入式觸控PC將通過COM將電流設(shè)定傳輸?shù)綌?shù)字信號(hào)控制器，由數(shù)字信號(hào)控制器調(diào)用穩(wěn)流程序進(jìn)行預(yù)穩(wěn)流，穩(wěn)流完成后數(shù)字信號(hào)控制器將穩(wěn)流結(jié)果通過COM傳輸?shù)角度胧接|控PC，否則嵌入式觸控PC將跳過穩(wěn)流部分。
(2)嵌入式觸控PC判斷試品是否需要電壓信號(hào)輸入。如需要，嵌入式觸控PC將通過COM將電壓設(shè)定傳輸?shù)綌?shù)字信號(hào)控制器，由數(shù)字信號(hào)控制器進(jìn)行預(yù)穩(wěn)壓，穩(wěn)壓完成后數(shù)字信號(hào)控制器將穩(wěn)壓結(jié)果通過COM傳輸?shù)角度胧接|控PC，否則嵌入式觸控PC將跳過穩(wěn)壓部分。
(3)輸入?yún)?shù)調(diào)整完成后，嵌入式觸控PC將控制電路接通信號(hào)到試品，并記錄時(shí)間、電流、電壓等系列參數(shù)。
(4)嵌入式觸控PC通過設(shè)定參數(shù)進(jìn)行對(duì)比判定試品，將設(shè)定及測試數(shù)據(jù)顯示。
(5)數(shù)據(jù)保留后，嵌入式觸控PC判斷是否完成檢測，如果未完成，嵌入式觸控PC將重復(fù)1、2、3、4 步驟。
(6)測試完成后嵌入式觸控PC將最終的測試數(shù)據(jù)及結(jié)果和設(shè)定參數(shù)對(duì)比顯示，生成最終測試結(jié)果保存到存儲(chǔ)介質(zhì)。
(7)如需要打印將輸出到打印機(jī)打印，最后控制過程結(jié)束。
圖3 控制流程
Fig.3 Control process
5 結(jié)語
低壓電器電子脫扣器檢測裝置已經(jīng)完成并投入生產(chǎn)使用。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行表明，檢測裝置可靠性強(qiáng)，誤差小于1.5%；檢測過程時(shí)間短；檢測項(xiàng)目一次完成；檢測數(shù)據(jù)自動(dòng)保存；全部檢驗(yàn)過程自動(dòng)完成，保證了檢測安全；生產(chǎn)效率提高了近2倍；滿足了現(xiàn)代低壓電器所要求的高效率、高精度檢測需要，為提高斷路器產(chǎn)品的質(zhì)量水平和生產(chǎn)效率提供了行之有效的技術(shù)手段。
參考文獻(xiàn)
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