CN107543991A - 用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置及试验方法，该试验装置包括：电压采集模块，用于从交流电源中采集交流正弦波并转化为数字信号；控制计算器，用于接收来自所述电压采集模块的作为同步信号的数字信号并根据所述数字信号计算电压信号幅值，模拟还原电压波形以及在所述电压波形上设置控制点；全控型斩波模块，用于根据所述控制计算器设置的控制点对交流正弦波进行斩波；调压器，用于调节所述交流电源向所述斩波模块的输出电压；测量装置，用于测量试验回路电流及各谐波分量值；采用上述结构的用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置绕开了成本高、体积大的试验电源的限制，而且参数调节方便。

Description

用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及电气设备检测领域，尤其涉及一种用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置及试验方法。

背景技术

低压开关设备和控制设备抗扰度试验中谐波电流测试主要依据的标准为《GB14048.2-2008低压开关设备和控制设备第2部分：断路器》。F.4抗扰度试验中F.4.1谐波电流测试，目的是检验低压开关设备和控制设备抵抗各种电力电网骚扰的能力。

低压开关设备和控制设备抗扰度试验中谐波电流测试要求：在试验要求谐波电流下，误脱扣抗扰度的持续时间应为相当于二倍电流整定值的脱扣时间的10倍(谐波电流有效值最大达4000A，二倍电流整定值的脱扣时间范围是8秒至270秒)，其中试验中的谐波源在每个周期中电流由两个大小相等而极性相反的半波构成，规定如下:

(1)电流导通时间，对半波为≤21％周期；

(2)峰值系数≥2.1(峰值系数是电流峰值除以电流波有效值)；

(3)试验电流由基波及3次、5次和7次谐波分量组成，且谐波成分至少为基波分量的如下比例:

3次谐波＞60％；

5次谐波＞14％；

7次谐波＞7％。

目前低压开关设备和控制设备抗扰度试验中谐波电流测试主要有两种试验方案，一种是使用可编程电源并联作为试验电源，通过调压器和升流器提高试验回路电流，另一种是使用多磁路变压器作为试验电源，通过并联多个大功率晶闸管进行斩波得到满足试验标准要求的谐波电流。上述两种方案都有各自的缺陷，前者可编程电源单价均在10W-20W之间，且功率相对较低，需要多个并联使用，成本太高；后者需要多磁路电源作为试验电源，设备成本高、体积大，试验场所固定，灵活性欠缺，而且晶闸管为半控型器件，可以对正弦波进行带角度合闸，但只能依靠电流过零自行关断，正弦波可选用波段仅限于半波最后一段，利用率很低。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置，以解决低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置的经济成本高、体积大、使用灵活性差及利用率低的问题。

本发明的另一目的是提供一种根据上述用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置的试验方法，以解决低压开关和控制设备谐波抗扰度试验的经济成本高、体积大、使用灵活性差及利用率低的问题。

为了实现上述目的，本发明公开了一种用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置，包括：电压采集模块，用于从交流电源中采集交流正弦波并转化为数字信号；控制计算器，与所述电压采集模块电性连接，用于接收来自所述电压采集模块的作为同步信号的数字信号并根据所述数字信号计算电压信号幅值，模拟还原电压波形以及在所述电压波形上设置控制点；全控型斩波模块，分别与所述交流电源及所述控制计算器电性连接，用于根据所述控制计算器设置的控制点对交流正弦波进行斩波，所述斩波模块的输出端与试验样品电性连接；调压器，电性连接在所述交流电源和所述斩波模块之间，用于调节所述交流电源向所述斩波模块的输出电压；测量装置，与所述试验样品电性连接，用于测量试验回路电流及各谐波分量值。

与现有技术相比，本发明用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置绕开了成本高、体积大的试验电源的限制，试验中所需电源取自电网配电箱，使用全控型斩波模块，使用电压采集模块把试验回路电压信号转化为数字量送入控制计算器中，由控制计算器计算电压信号幅值，模拟还原电压波形，在电压波形上设置控制点，以此达到自由调节斩波模块的斩波点的功能，实现对传统正弦波电流任何一段的斩波功能，方便调节试验电流、峰值系数、试验回路导通时间和各谐波成分的谐波分量。

较佳地，所述斩波模块的输出端通过升流器与所述试验样品电性连接，所述升流器用于将所述斩波模块输出的高电压小电流转换成低电压大电流以作用于所述试验样品。

较佳地，所述斩波模块包括IGBT单元和与所述IGBT单元电性连接的IGBT驱动器。

较佳地，所述IGBT单元包括两个双向反并联连接的IGBT晶体管。

较佳地，所述用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置还包括与所述IGBT单元电性连接的缓冲电路，所述缓冲电路用于吸收所述IGBT晶体管导通/关断时的过电压和过电流。

较佳地，所述缓冲电路包括分别连接在两个所述IGBT晶体管的集电极和发射级之间的两个RC串联电路。

较佳地，所述测量装置为示波器。

较佳地，所述用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置还包括与所述控制计算器电性连接的人机交互模块，用于显示和设定所述斩波模块的斩波点。

较佳地，所述人机交互模块包括数码显示管和按键模块。

为了实现上述另一目的，本发明公开了一种如上所述的用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置的试验方法，包括：

将所述调压器的输出电压调至最低，设置所述斩波模块的斩波点；

逐渐增加所述调压器的输出电压，当所述测量装置测量的通过所述试验样品中的试验电流达到试验要求电流值约1/4-1/6时，通过所述测量装置测量所述试验电流的波形是否满足以下三个条件：

A、每半波电流导通时间不大于4.2ms；

B、峰值系数是否大于或等于2.1；

C、各谐波成分是否满足至少为基波分量的如下值：3次谐波＞60％，5次谐波＞14％，7次谐波＞7％；

如果不能同时满足以上三个条件，调节所述斩波模块的斩波点，直到同时满足以上三个调节；

如果电流波形同时满足以上三个条件，则继续增加所述调压器的输出电压，当所述测量装置测量的通过所述试验样品中的试验电流的有效值达到所述试验要求电流时开始计时，直至所述试验样品脱扣为止，此段时间为误脱扣抗扰度的持续时间；

如果上述持续时间大于或等于二倍电流整定值的脱扣时间的10倍，则认为所述试验样品通过抗扰度试验中谐波电流测试；

如果上述持续时间小于二倍电流整定值的脱扣时间的10倍，则认为所述试验样品没通过抗扰度试验中谐波电流测试。

与现有技术相比，在本发明的试验方法中，摈弃掉了传统的成本高、体积大的试验电源，试验回路中所用电源取自电网配电箱，试验成本低，受场地的制约作用小；使用全控型斩波模块作为斩波设备，使用电压采集模块把试验回路电压信号转化为数字量送入控制计算器中，由控制计算器计算电压信号幅值，模拟还原电压波形，在电压波形上设置控制点，根据试验要求，自由调节斩波模块的斩波点，实现对传统正弦波电流任何一段的斩波功能，方便调节试验电流、峰值系数、试验回路导通时间和各谐波成分的谐波分量，试验过程对参数的调节直观明了，方便快捷，节约试验时间。

附图说明

图1为本发明实施例用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置的结构原理图。

图2为本发明实施例用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置的电气连接原理图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、结构特征、实现原理及所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

本发明公开了一种用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置，如图1和图2所示，包括电压采集模块1、控制计算器2、全控型斩波模块3、调压器4及测量装置5。控制计算器2与电压采集模块1和斩波模块3电性连接，在本实施例中，控制计算器2优选为单片机。电压采集模块1用于从交流电源9中采集交流正弦波并转化为数字信号作为同步信号提供给控制计算器2，在本实施例中，电压采集模块1具体采用电压互感器10(如图2所示)。交流电源9取自电网配电箱，摆脱了专用试验电源的束缚。控制计算器2与电压采集模块1电性连接，用于接收来自电压采集模块1的作为同步信号的数字信号并根据该数字信号计算电压信号幅值，模拟还原电压波形以及在该电压波形上设置控制点。斩波模块3分别与交流电源9及控制计算器2电性连接，在控制计算器2的控制下完成对交流正弦波的斩波，其输出端与试验样品100电性连接。调压器4电性连接在交流电源9和斩波模块3之间，用于调节交流电源9向斩波模块3的输出电压。测量装置5与试验样品100电性连接，用于测量试验回路电流及各谐波分量值，优选为示波器。本实施例中，试验样品100为电子式低压断路器，为谐波抗扰度试验中谐波电流测试的测试对象。

与现有技术相比，本发明用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置绕开了成本高、体积大的试验电源的限制，试验中所需电源取自电网配电箱，使用全控型斩波模块3，使用电压采集模块1把试验回路电压信号转化为数字量送入控制计算器2中，由控制计算器2计算电压信号幅值，模拟还原电压波形，在电压波形上设置控制点，以此达到自由调节斩波模块3的斩波点的功能，实现对传统正弦波电流任何一段的斩波功能，方便调节试验电流、峰值系数、试验回路导通时间和各谐波成分的谐波分量。

由于在低压开关和控制设备谐波抗扰度试验中需要的回路电流比较大，谐波电流有效值最大可达4000A，在本发明用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置另一实施例中，斩波模块3的输出端通过升流器6与试验样品100电性连接，升流器6用于将斩波模块3输出的高电压小电流转换成低电压大电流作用于试验样品100，在不增加试验回路容量的情况下，提高试验电流。

另外，为了便于观察和设置斩波点位，本发明用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置还设置有与控制计算器2电性连接的人机交互模块8，在本实施例中，人机交互模块8包括数码显示管80和按键模块81。

根据斩波模块3的全控特性的要求，以及出于经济和效率的考虑，在本实施例中，斩波模块3采用包括IGBT晶体管的IGBT单元30和IGBT驱动器31，请再次参看图2，IGBT驱动器31与控制计算器2电性连接，IGBT单元30在指定角度导通/关断，完成对正弦波的斩波，IGBT单元30优选为两个双向反并联连接的IGBT晶体管,为了保护IGBT晶体管免受异常电流和电压的冲击，在本发明另一优选实施例中，还设置有与IGBT单元30电性连接的缓冲电路7，缓冲电路7用于吸收IGBT晶体管导通/关断时的过电压和过电流。该缓冲电路7在本实施例中优选为RC串联电路，即在两个IGBT晶体管的集电极和发射级之间均设置有一个RC串联电路，如图2中的R1/C1和R2/C2，经济简便，易于实现。

采用上述用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置的具体试验过程为：进行抗扰度试验中谐波电流测试时，先将调压器4输出电压调至最低并设置斩波模块3的斩波点，在本实施例中，是通过人机交互模块8和单片机来设置IGBT晶体管的导通角度、关断角度(电流导通时间，对半波为≤21％周期，即导通角度与关断角度间隔不大于75.6°)；然后逐渐增加调压器4的输出电压，通过示波器测量通过试验样品100中的试验电流，当试验电流值达到试验要求电流值约1/4-1/6时，通过示波器测量电流波形是否满足以下三个条件：

A、每半波电流导通时间不大于4.2ms；

B、峰值系数是否大于或等于2.1；

C、各谐波成分是否满足至少为基波分量的如下值：3次谐波＞60％，5次谐波＞14％，7次谐波＞7％。

如果不能同时满足上述A、B、C三个条件，则谐波电流不符合标准要求，需要通过人机交互模块8和单片机重新调节IGBT晶体管的导通角度、关断角度，调节过程如下：

1、如果每半波电流导通时间大于4.2ms，增加IGBT晶体管的导通角度或者减小关断角度，直到两者差值不大于75.6°；

2、如果峰值系数不大于2.1，增加IGBT晶体管的导通角度或者减小关断角度，减少导通时间，降低每半波电流的有效值，使半波电流峰值/有效值数值大于或等于2.1；

3、如果各谐波成分不满足上述条件C规定的数值，则同时增加或减小IGBT晶体管的导通角度和关断角度，使每半波电流导通区间整体前移或后移。

按照以上调节方法，直到电流波形同时满足标准规定的A、B、C三个条件。

如果电流波形同时满足以上三个条件，则继续增加调压器4输出电压，当示波器测量的通过试验样品100中的试验电流的有效值达到标准要求时开始计时，直至试验样品100脱扣为止，此段时间为误脱扣抗扰度的持续时间。如果该持续时间大于或等于二倍电流整定值的脱扣时间的10倍，则认为试验样品100通过抗扰度试验中谐波电流测试；如果此持续时间小于二倍电流整定值的脱扣时间的10倍，则认为试验样品100没通过抗扰度试验中谐波电流测试。

以上详细介绍了本发明用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置及利用该试验装置进行试验的具体方法，摆脱了传统的专用试验电源的限制，大幅节省了试验成本，使用全控型器件IGBT晶体管作为斩波设备，使用电压采集模块1把回路电压信号转化为数字量送入单片机中，由单片机计算电压信号幅值，模拟还原电压波形，在电压波形上取点，以此达到自由调节IGBT的导通角度和关断角度的功能，实现对传统正弦波电流任何一段的斩波功能，方便调节试验电流、峰值系数、试验回路导通时间和各谐波成分的谐波分量，另外试验方案采用低电压法，通过升流器6降低试验样品100回路的试验电压(5V以内)，提高试验样品100回路的试验电流，增加了试验装置的安全性，降低了试验装置从电网获取的功率。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置，其特征在于，包括：

电压采集模块，用于从交流电源中采集交流正弦波并转化为数字信号；

控制计算器，与所述电压采集模块电性连接，用于接收来自所述电压采集模块的作为同步信号的数字信号并根据所述数字信号计算电压信号幅值，模拟还原电压波形以及在所述电压波形上设置控制点；

全控型斩波模块，分别与所述交流电源及所述控制计算器电性连接，用于根据所述控制计算器设置的控制点对交流正弦波进行斩波，所述斩波模块的输出端与试验样品电性连接；

调压器，电性连接在所述交流电源和所述斩波模块之间，用于调节所述交流电源向所述斩波模块的输出电压；

测量装置，与所述试验样品电性连接，用于测量试验回路电流及各谐波分量值。

2.根据权利要求1所述的用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置，其特征在于，所述斩波模块的输出端通过升流器与所述试验样品电性连接，所述升流器用于将所述斩波模块输出的高电压小电流转换成低电压大电流以作用于所述试验样品。

3.根据权利要求1所述的用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置，其特征在于，所述斩波模块包括IGBT单元和与所述IGBT单元电性连接的IGBT驱动器。

4.根据权利要求3所述的用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置，其特征在于，所述IGBT单元包括两个双向反并联连接的IGBT晶体管。

5.根据权利要求4所述的用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置，其特征在于，还包括与所述IGBT单元电性连接的缓冲电路，所述缓冲电路用于吸收所述IGBT晶体管导通/关断时的过电压和过电流。

6.根据权利要求5所述的用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置，其特征在于，所述缓冲电路包括分别连接在两个所述IGBT晶体管的集电极和发射级之间的两个RC串联电路。

7.根据权利要求1所述的用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置，其特征在于，所述测量装置为示波器。

8.根据权利要求1所述的用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置，其特征在于，还包括与所述控制计算器电性连接的人机交互模块，用于显示和设定所述斩波模块的斩波点。

9.根据权利要求8所述的用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置，其特征在于，所述人机交互模块包括数码显示管和按键模块。

10.根据权利要求1至9任一项所述的用于低压开关和控制设备谐波抗扰度试验装置的试验方法，其特征在于，包括：

将所述调压器的输出电压调至最低，设置所述斩波模块的斩波点；

逐渐增加所述调压器的输出电压，当所述测量装置测量的通过所述试验样品中的试验电流达到试验要求电流值约1/4-1/6时，通过所述测量装置测量所述试验电流的波形是否满足以下三个条件：

A、每半波电流导通时间不大于4.2ms；

B、峰值系数是否大于或等于2.1；

C、各谐波成分是否满足至少为基波分量的如下值：3次谐波＞60％，5次谐波＞14％，7次谐波＞7％；

如果不能同时满足以上三个条件，调节所述斩波模块的斩波点，直到同时满足以上三个调节；

如果电流波形同时满足以上三个条件，则继续增加所述调压器的输出电压，当所述测量装置测量的通过所述试验样品中的试验电流的有效值达到所述试验要求电流时开始计时，直至所述试验样品脱扣为止，此段时间为误脱扣抗扰度的持续时间；

如果上述持续时间大于或等于二倍电流整定值的脱扣时间的10倍，则认为所述试验样品通过抗扰度试验中谐波电流测试；

如果上述持续时间小于二倍电流整定值的脱扣时间的10倍，则认为所述试验样品没通过抗扰度试验中谐波电流测试。