直流斷路器測(cè)試儀前期測(cè)試工作

    一、總體方案

 

    測(cè)試儀分0~10A和0~500A兩路輸出直流電流,10A電流通過(guò)1個(gè)0~10A可調(diào)直流開(kāi)關(guān)電源輸出,500A電流通過(guò)4個(gè)100A不可調(diào)和1個(gè)0~100A可調(diào)直流開(kāi)關(guān)源并聯(lián)輸出.通過(guò)兩路電流傳感器分別將電流采集回控制電路實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的運(yùn)算處理,反饋顯示等.

 

    二 、開(kāi)關(guān)電源控制

 

    1、功能要求

 

    (1)實(shí)現(xiàn)對(duì)4個(gè)100A直流開(kāi)關(guān)電源(不可調(diào))輸出通斷的控制,對(duì)1個(gè)100A直流開(kāi)關(guān)電源(可調(diào))輸出通斷的控制和輸出電流大小的控制.

 

    (2)實(shí)現(xiàn)對(duì)1個(gè)10A直流開(kāi)關(guān)電源通斷的控制和輸出電流大小的控制.

 

    2、實(shí)現(xiàn)方式

 

    5個(gè)100A直流源的通斷通過(guò)它們的使能端控制,10A直流源(無(wú)使能端)在它的220VAC輸入回路中用電磁繼電器來(lái)控制其通斷,100A和10A可調(diào)直流源的輸出電流的大小通過(guò)單片機(jī)(F020)的同一路DA輸出(DAC0)控制.

 

    100A直流源的使能端off端子含有上拉電阻,開(kāi)路電壓為5V,當(dāng)off端和G端子開(kāi)路時(shí),電流源輸出;當(dāng)off端子和G端子短路時(shí),電流源不輸出.為了保證單片機(jī)輸出回路和直流源回路的電氣隔離在兩回路間加光耦P521,電路如下圖1所示.

 

    單片機(jī)高電平為2.7V~3.6V,取Vcc=Vdd=3.3V,當(dāng)P1口輸出高電平時(shí),光耦被關(guān)斷,off端和G端子開(kāi)路,電流源輸出;當(dāng)P1口輸出低電平時(shí),光耦被打開(kāi),off端和G端子導(dǎo)通,電流源不輸出.需要哪個(gè)直流源工作對(duì)應(yīng)的單片機(jī)輸出端口(P1.[2:7])置高電平,單片機(jī)處于低功耗的工作模式.

 

    為了保證單片機(jī)的推挽輸出能夠驅(qū)動(dòng)電磁繼電器,另外加12V電源通過(guò)三級(jí)管的方式驅(qū)動(dòng),電路如下圖2所示.

 

    當(dāng)P1口輸出高電平時(shí),三級(jí)管導(dǎo)通,繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,220VAC輸入回路導(dǎo)通,10A直流開(kāi)關(guān)電源工作,從而輸出電流.

 

    3、開(kāi)關(guān)電源響應(yīng)速度

 

    (1)100A直流開(kāi)關(guān)電源

 

    結(jié)果:100A直流電源的啟動(dòng)時(shí)間(過(guò)渡時(shí)間)為4ms,上升時(shí)間為3ms,最大超調(diào)量為10%,滿(mǎn)足電源穩(wěn)定輸出時(shí)間≤4ms的要求.

 

    (2)10A直流開(kāi)關(guān)電源

 

 

    結(jié)果:10A直流電源的啟動(dòng)時(shí)間(過(guò)渡時(shí)間)為3ms,上升時(shí)間為1.5ms,最大超調(diào)量為80%,滿(mǎn)足電源穩(wěn)定輸出時(shí)間≤4ms的要求.

 

    4、直流開(kāi)關(guān)電源控制回路

 

 

 

 

    5、100A和10A可調(diào)直流源電流大小的控制

 

    電流的大小都是由其控制端子電壓的大小來(lái)調(diào)節(jié)的,電壓的調(diào)節(jié)范圍為0~5V,分別對(duì)應(yīng)輸出0~100A和0~10A電流.由單片機(jī)內(nèi)置DA并通過(guò)適當(dāng)?shù)倪\(yùn)算放大器放大,來(lái)得到0~5V的電壓,而DA輸出電壓的大小通過(guò)改變寄存器(DAC0L、DAC0H)的值調(diào)節(jié).單片機(jī)DAC0輸出為0~2.45V,運(yùn)放放大2.2倍(將R7改為12K),J10-2輸出電壓為0~5.39V.

 

    三 數(shù)據(jù)處理

 

    100A和10A可調(diào)直流電源線(xiàn)性度的校驗(yàn)

 

    在100A和10A可調(diào)直流源控制端子通過(guò)電位器調(diào)節(jié)電壓(0~5V),輸出端通過(guò)分流器或直接用萬(wàn)用表測(cè)量輸出電流,數(shù)據(jù)表格如下表2所示.

 

輸入電壓（V）	100A可調(diào)直流源輸出（A）	10A可調(diào)直流源輸出（A）
0	0.82	4.21
0.5	1.74	14.63
1	2.68	24.58
1.5	3.60	34.80
2	4.53	44.01
2.5	5.46	55.23
3	6.42	66.38
3.5	7.33	75.58
4	8.26	85.35
4.5	9.18	95.70
5	10.10	105.45

 

 

    由圖可見(jiàn),兩可調(diào)直流源隨控制端子電壓變化基本呈線(xiàn)性變化,方程分別為I1=20u+4.8(A)和I2=1.85u+0.82(A).可調(diào)直流源和傳感器可能在某些區(qū)間不是完全成線(xiàn)性,在數(shù)據(jù)處理中通過(guò)分段性化的方式建立數(shù)據(jù)表格,用戶(hù)使用的過(guò)程實(shí)際上也就是一個(gè)查表過(guò)程.分段線(xiàn)性化就是用分流器或高精度的傳感器測(cè)量電流輸出,和采樣回路對(duì)照,每隔10A或0.5A(10A電流源)記錄采樣回路的返回值,認(rèn)為在這每10A或0.5A區(qū)間段呈線(xiàn)性.