一种多路断路器自动测试系统的设计

一种多路断路器自动测试系统的设计

郭华伟王兆娜邢强

（河北石家庄海山机械厂050802）

摘要：多路断路器自动测试系统主要用于DBF、DBH单相断路器极限性能的自动化测试。本文着重讲述了多路断路器自动测试系统的设计与测试原理。该测试系统涉及了数据的实时采集、处理、存储和控制几个方面的内容，整个系统性能稳定、功能完善且便于扩展。

1硬件组成

系统的硬件组成见表1。

表1硬件组成

1.1恒流源

恒流源在测试系统中的作用是提供稳定、高精度且能大范围变化的电流。

1.2测量电路

为了实现断路器通断状态的自动检测，使用一块A/D卡来采集各个断路器两端的电压，根据电压的变化来判断断路器的状态。由于恒流源提供的最大电压为30V，而自动测试系统所选用的A/D卡的量程为-10V～+10V，各节点上的电位可能超过A/D卡的量程，因此设计了采样电路，保证A/D卡稳定的工作，数据采样示意图如图1所示。

图2采样原理图

在图2中，最上面的一排20K的电阻为采样电阻，通过IP0，IP1，IP2……等与各个被测断路器分别并联，且阻值完全相等，负责将各个被测断路器两端的电位提取出来；下方的40K和20K的电阻为分压电阻，它们严格按照2：1的比例进行分压，A/D卡则通过OP0，OP1，OP2……采集各节点的电位；RC电路以提高整个采集电路抗干扰特性。

2、测试原理

多路断路器自动测试原理通过在一组被测断路器上施加一定的恒流源，以检测被测断路器在不同的电流作用下的通断状态。在一段固定的时间内，数据采集系统通过测量电路实时获得各个断路器两端的电压，并送至工控机处理和判断。系统框图如图3所示。

图3系统框图

测量原理主要分为两大部分：自检和正式检测。在自检中，系统判断被测断路器的数目和接线是否正确；在正式检测中，系统将控制恒流源，输出所设置的电流，并实时检测各断路器的状态，对脱扣的被测断路器给相应的处理以保证其余断路器正常检测。

2.1自检

自检分三个部分进行，首先判断进行试验的产品数目，其次判断试验台与被测断路器间的接线是否存在跨接，最后检查试验台与产品之间连线的接线顺序正确性。自检开始后，工控机会控制恒流源输出电流，随后数据采集系统会通过测量电路提取各个被测断路器两端的电位，并将数据送入工控机加以处理和判断，完成上面提到的三个步骤。

2.1.1判断产品数目

如果连接最大20个断路器并且恒流源电压上限满足实际情况，那么恒流源在实际输出所设置电流时，其电压将小于恒流源上限；而如果未连接20个断路器，那么由于闭合被测断路器内阻极小，所以绝大部分的电压都加在后面未接断路器的采样电阻上，并且恒流源由于电压上限所限制，将无法输出所设置电流，并且输出电压也为所设的电压上限。因此，有系统分析所获得的恒流源实际输出电压和电流，如果为电压上限并且电流远小于所设置电流，实际情况一般为0输出，此时系统判断为未接20个断路器；如果为电压小于电压上限并且电流为所设置电流，系统判断为连接了20个断路器。在实际中，不会出现电压为上限时也能保持输出所设置电流的情况；并且实际操作中，由于产品受热会导致其压降上升，也不允许该组产品的压降过于接近恒流源电压上限，因此系统将这种情况忽略。

在未连接最大20个被测断路器时，由于绝大部分的电压都加在后面未接断路器的采样电阻上，因此各个产品上的电位基本都保持在最大电压附近，A/D卡从分压电阻之间提取的电平也保持在10V左右。因此，只要将各个被测断路器两端的电位与预设定阈值（经计算与试验和裕量考虑，取为8V）比较，大于阈值的两个节点间就认为接有断路器，即可判断出所接产品的数目，并由系统控制交流接触器将未接产品的位置自动短接。

2.1.2判断断路器接线是否存在跨接

如图4所示，系统从A0～A21点取电压。A2点未接线，而A3点的线接到了A2上，称之为跨接。这时A0，A1，A3上的电位仍保持在最大电压左右，而实际情况中A2上的电位将出现非常明显的下降，通过检查接被测断路器的各节点的电位，若发现有某个节点的电位下降很快，则可判断存在跨接；

图6错误接线

3、正式检测

正式检测开始后，系统根据预设电流控制恒流源输出相应的电流，在预设时间内，A/D卡将实时采集各个被测断路器两端的电位。在正常状态下，被测断路器处于闭合状态，由于其内阻极小，在额定电流下，任何一个闭合被测断路器（单相或者三相）两端的极限电压差均小于2V；当有被测断路器脱扣时，电流流过与被测断路器并联的采样电阻，由于其阻值为20K，将使恒流源输出瞬间达到电压上限值，并且绝大部分的电压将加在与断开的被测断路器并联的采样电阻两端，即使两个被测断路器同时断开，经过分压电阻，相应节点间的压降也会大于2V。因此，系统将2V作为判断被测断路器是否断开的阈值。

在被测断路器发生断开后的很短时间内，系统将控制I/O卡使相应的继电器迅速闭合，继而闭合与被测断路器并联对应的交流接触器，将该被测断路器短路，电流从交流接触器上流过。由于接触器内阻极小，恒流源的电压输出又会恢复正常，电流也会回到预设电流，这一切都迅速完成，因此其余的被测断路器上的电流可近似看作未发生变化，而继续进行测试直至测试结束。

4、系统的软件设计

测试系统的软件的设计符合软件工程规范要求。开发软件采用了VC++6.0，测试系统软件总体的流程如图7所示，软件主界面如图8。

图8测试主界面

5、结束语

多路断路器自动测试系统，可对电流在1A—50A之间的断路器进行最大保持电流试验，实现多路断路器自动测量和自动过程控制，提高DBF、DBH单相断路器测试效率，满足了生产需要，该系统对开发类似系统具有一定参考价值。

参考文献：

[1]欧阳曾恺，徐晴，刘建，田正其，黄奇峰，&钱立军等.（2017）.集成电能计量及远程互动的微型智能断路器设计.计算机测量与控制，25（10），141-146.

[2]刘淑华，王明伟.基于单片机的断路器状态监测系统设计[J].中国科技投资，2013（17）：77-78.

[3]曹云东，矫莉.基于高速ARM低压断路器的控制器设计[J].沈阳工业大学学报，2008，30（3）：245-248.