阅读说明：本技术 一种用于直流断路器特性测试的恒流源装置 (Constant current source device for testing characteristics of direct current breaker ) 是由 袁俊国 张琳琳 李华 于 2020-12-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于直流断路器特性测试的恒流源装置,包括：直流发生器主回路,包括与交流电源连接的缓启单元、与缓启单元输出端连接的隔离变压器、与隔离变压器的输出端连接的整流器、与整流器的输出端连接的变换器、与变换器的输出端连接的滤波单元；输出电压控制单元,其输出端与直流断路器连接,其包括输出电压互感器、RC吸收单元、电压控制模块,其中,输出电压互感器与直流发生器主回路的输出端连接,RC吸收单元吸收回路剩余的能量,电压控制模块限制测试中直流断路器的触点电压。本发明无需设置引导波和阻抗预估,不仅可在宽范围内实现高精度直流恒流输出,毫秒级内达到稳态恒流设定值,而且对测试中的直流断路器也有很好的保护作用。(The invention discloses a constant current source device for testing the characteristics of a direct current breaker, which comprises: the direct current generator main loop comprises a slow start unit connected with an alternating current power supply, an isolation transformer connected with the output end of the slow start unit, a rectifier connected with the output end of the isolation transformer, a converter connected with the output end of the rectifier and a filtering unit connected with the output end of the converter; the output voltage control unit is connected with the direct current circuit breaker at the output end and comprises an output voltage transformer, an RC absorption unit and a voltage control module, wherein the output voltage transformer is connected with the output end of a main loop of the direct current generator, the RC absorption unit absorbs the residual energy of the loop, and the voltage control module limits the contact voltage of the direct current circuit breaker in the test. The invention does not need to set guide waves and impedance estimation, not only can realize high-precision direct current constant current output in a wide range and reach a steady-state constant current set value in millisecond level, but also has good protection effect on a direct current breaker in test.)

一种用于直流断路器特性测试的恒流源装置

技术领域

本发明涉及恒流源领域，特别涉及一种用于直流断路器特性测试的恒流源装置。

背景技术

直流断路器广泛应用于电力系统、轨道交通与电力机车、新能源以及船舶电力等领域，是相关应用领域重要的电气产品，在直流断路器研发和生产检验过程中，需要对断路器的温升、标延以及瞬时脱扣特性进行测试，以保证产品质量和可靠性。因此，需要一种输出范围大、动态响应快且对测试环境中直流断路器有很好保护作用的大电流直流恒流源装置。

目前，现有的大电流、宽范围的直流恒流源装置普遍采用稳压器加整流滤波的方法来实现，通过施加小电流引导波，采样输出端的电压和电流幅值，预估输出回路的阻抗，在计算出预估阻抗后，再通过闭环控制系统对输出的直流电压进行调节，进而达到控制测试电流的目的。由于需要预先设置引导波，需要较长时间计算和校准输出阻抗，检测效率低下，且不同断路器产品的阻抗有一定的范围，加之输出电压低，采样精度不高，因而无法实现高精度输出的要求。

因此，需要一种直流大电流恒流装置，解决现有的引导波和阻抗预估要求，快速输出宽范围和高精度的测试电流，并具备直流断路器测试保护功能。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种用于直流断路器特性测试的恒流源装置，尤其涉及用于要求宽范围、满足多种特性测试项目的高精度直流恒流源装置，且对测试中的直流断路器具备保护功能的大电流直流恒流装置，而无须使用引导波和阻抗预估方式，所述技术方案如下：

本发明提供了一种用于直流断路器特性测试的恒流源装置，实现毫秒级内达到稳态恒流设定值，包括：

直流发生器主回路，其包括与外部交流电源(比如市电220V/380V交流电源)连接的缓启单元、与缓启单元输出端连接的隔离变压器、与所述隔离变压器的输出端连接的整流器、与所述整流器的输出端连接的变换器、与所述变换器的输出端连接的滤波单元；

输出电压控制单元，其输出端与待测试的直流断路器连接，所述输出电压控制单元包括输出电压互感器、RC吸收单元、电压控制模块，其中，所述输出电压互感器的一端与所述直流发生器主回路的输出端连接，所述RC吸收单元用于吸收回路剩余的能量，所述电压控制模块用于限制特性测试中的直流断路器的触点电压。

进一步地，本发明提供的恒流源装置还包括控制单元，所述控制单元的主控单元与所述输出电压控制单元的输出电压互感器的另一端连接，所述主控单元还通过功率变换控制接口单元与直流发生器主回路的变换器连接，所述功率变换控制接口单元用于调节所述变换器的输出电流。

进一步地，所述直流发生器主回路包括多个组模块，每个组模块包括一一对应的变换器和滤波单元，所述多个组模块并联设置。

进一步地，所述变换器为DC-DC变换电路，所述滤波单元为LC滤波电路。

进一步地，所述控制单元还包括测量单元和人机界面，所述测量单元用于对直流发生器主回路的输出和/或输出电压控制单元进行数据采样，所述人机界面通过通讯单元与所述主控单元连接。

具体地，所述主控单元包括DSP和FPGA，所述主控单元还与直流发生器主回路的缓启单元连接。

优选地，所述变换器为基于IGBT或MOSFET的DC-DC全桥变换器。

本发明具有如下技术效果：

a.恒流源装置采用输出电流直接闭环控制，无须设置引导波和复杂的阻抗计算，测试电流上升速度快，已在实践中成功满足秒级测试量的要求；

b.实现直流断路器测试性能的基础上，保障直流断路器在测试环境中的安全性，确保不影响直流断路器的工作性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的用于直流断路器特性测试的恒流源装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的恒流源装置的输出电压控制单元的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的应用本恒流源装置的直流断路器的测试波形界面图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，更清楚地了解本发明的目的、技术方案及其优点，以下结合具体实施例并参照附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。除此，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明的一个实施例中，提供了一种用于直流断路器特性测试的恒流源装置，实现毫秒级内达到稳态恒流设定值，如图1所示，所述恒流源装置包括直流发生器主回路、输出电压控制单元和控制单元，具体如下：

如图1所示，所述直流发生器主回路包括依序连接的缓启单元、隔离变压器、整流器、变换器和滤波单元，即所述缓启单元与外部交流电源连接，缓启单元的输出端连接隔离变压器，所述隔离变压器的输出端连接整流器，所述整流器的输出端连接变换器，所述变换器的输出端连接滤波单元；具体地，所述变换器为DC-DC变换电路，所述变换器优选为基于IGBT的DC-DC全桥变换器，所述滤波单元为LC滤波电路。需要说明的是，变换器中的IGBT还可以部分或全部由其他可控开关器件替换，比如MOSFET、三极管等等。

如图2所示，输出电压控制单元，其输出端与待测试的直流断路器连接，所述输出电压控制单元包括输出电压互感器、RC吸收单元、电压控制模块，其中，所述输出电压互感器的一端与所述直流发生器主回路的输出端连接，所述RC吸收单元用于吸收回路剩余的能量，所述电压控制模块用于限制特性测试中的直流断路器的触点电压。

如图1所示，所述控制单元的主控单元与所述输出电压控制单元的输出电压互感器的另一端连接，所述主控单元还通过功率变换控制接口单元与直流发生器主回路的变换器连接，具体地，所述主控单元包括DSP和FPGA，所述主控单元还与直流发生器主回路的缓启单元连接。所述功率变换控制接口单元用于调节所述变换器的输出电流；在本发明的一个实施例，所述控制单元还包括测量单元和人机界面，所述测量单元用于对直流发生器主回路的输出和/或输出电压控制单元进行数据采样，所述人机界面通过通讯单元与所述主控单元连接。

如图1所示，在本发明的一个具体实施例中，所述直流发生器主回路包括多个组模块，每个组模块包括一一对应的变换器和滤波单元，所述多个组模块并联设置。本实施例中，由主控单元根据预设的电流值，进行PI调节，计算输出PWM波对多个组模块中并联的变换器单元进行控制，调节多模块并联变换器单元的输出电流。对宽范围的输出电流设定，本实施例采用多档滤波与采样的方式，增强多模块并联变换器单元的电流输出能力，同时提高输出电流的精度。由于采用直接电流输出控制的方式，无须进行引导波设置和复杂的阻抗计算，因此输出电流的动态响应快，可以在整个输出电流范围内实现毫秒级达到设定值电流。将本实施例的恒流源装置应用于直流断路器的特性测试中，相应的测试波形如图3所示，其中①号线为流过直流断路器的电流，②号线为直流断路器两端的端电压，从图3可以看出，直流测试电流的上升速度很快，并且可以在4ms之内(横坐标每个单元为1ms)达到2000A(及以下)设定值，并实现输出电流的最高精度在0.5％以内，无须设置引导波和复杂的阻抗计算。此外，通过试验可知，本实施例用于输出300A(及以下)的稳态恒流，所需时间为约1ms(2ms以内)；用于输出2000A～4000A范围内的稳态恒流，所需时间为6～7ms，因此，本发明的恒流源装置可在宽输出电流范围内实现毫秒级达到稳态恒流设定值，即在10ms内实现4000A及以下的稳态恒流的输出。

所述输出电压控制单元如图2所示，其一端与输出端子并联，一端与主控单元相连，当输出电流达到所测直流断路器瞬时脱扣电流时，断路器触点阻抗在脱扣过程中逐步上升，继而出现触点两端电压上升，因此在脱扣电流下降的过程中，在断路器中累计的能量会对触点接触面造成较大的损伤，尤其是小型断路器。将本实施例的恒流源装置用于直流断路器特性测试，检测特性测试过程中断路器的触点两端的电压，在电压到达设定值时，立即触发输出电压控制单元，将触点电压限制在较低值，同时降低流经断路器的电流，利用RC吸收回路消耗剩余的能量，有效地保护了瞬时脱扣特性测试过程中的触点，确保测试后不影响断路器测试后的工作特性。

本发明还主张保护如上的恒流源装置在直流断路器特性测试的应用，即利用如上所述的恒流源装置作为直流断路器特性测试的供电电源，即主张保护一种直流断路器特性测试系统，其以如上所述的恒流源装置作为测试系统的供电电源，提供秒级内达到稳态的恒定电流。

综上，通过以上设置，本实施例的用于直流断路器特性测试的恒流源装置采用输出电流直接闭环控制，可以无需设置引导波和阻抗预估，提高了测试精度和测试效率，不仅可在宽范围内实现高精度直流恒流输出，采用，满足小于4ms达到稳态恒流设定值的目标，而且对测试环境中的直流断路器也有很好的保护作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。