本實(shí)用新型屬于繼電保護(hù)儀器儀表領(lǐng)域，尤其是一種繼電器動(dòng)作功率自動(dòng)測量儀。

背景技術(shù)：

在《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置反事故措施要點(diǎn)》以及《南方電網(wǎng)繼電保護(hù)通用技術(shù)規(guī)范》(Q/CSG110010-2011)中，均要求跳閘出口繼電器的起動(dòng)電壓在直流額定電壓的55％-70％之間。對于動(dòng)作功率較大的中間繼電器，例如功率在5W以上的中間繼電器。為了快速動(dòng)作的需要，則允許其動(dòng)作電壓略低于額定電壓的50％，此時(shí)必須保證繼電器線圈的接線端子有足夠的絕緣強(qiáng)度。

在電力系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，用于變壓器、電抗器瓦斯保護(hù)動(dòng)作的中間繼電器，因其連線長，電纜電容大，為避免電源正極接地誤動(dòng)作，應(yīng)采用較大起動(dòng)功率的中間繼電器(動(dòng)作功率不小于5W)，但不要求快速動(dòng)作。

因此在電力系統(tǒng)的定期檢驗(yàn)和工程驗(yàn)收過程中，都需要對二次回路中的重要出口繼電器進(jìn)行動(dòng)作電壓和動(dòng)作功率的實(shí)地測試，以保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

傳統(tǒng)的繼電器動(dòng)作功率測試均采用繼電保護(hù)測試儀進(jìn)行檢測。由于每臺(tái)斷路器設(shè)計(jì)的中間繼電器較多，并且繼電保護(hù)測試儀質(zhì)量大，體積大，笨重且不便移動(dòng)，并且其接線復(fù)雜，因此導(dǎo)致測試工作效率低下，往往需要多個(gè)人員加班測試才能夠完成任務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理、安全可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)耐用的繼電器動(dòng)作功率自動(dòng)測量儀。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

一種繼電器動(dòng)作功率自動(dòng)測量儀，該自動(dòng)測量儀設(shè)置有控制面板，在控制面板上設(shè)置有四個(gè)接線端子以及按鍵，箱體內(nèi)箱體內(nèi)安裝有電路板，在電路板上安裝有電源模塊、單片機(jī)控制器，在電路板上還設(shè)置有消抖電路，單片機(jī)控制器通過其內(nèi)部的DA端口和DA端口與程控電源模塊互連，控制面板上的第一個(gè)和第二個(gè)接線端子與電源模塊連接，作為直流電壓輸出口，用于連接被測繼電器的線圈，消抖電路的輸出端連接單片機(jī)控制器，消抖電路的輸入端連接第三個(gè)和第四個(gè)接線端子，用于連接被測繼電器的常開觸點(diǎn)，反饋被測繼電器的動(dòng)作信息，按鍵通過導(dǎo)線與單片機(jī)控制器連接。

而且，所述自動(dòng)測量儀為箱式結(jié)構(gòu)，所述控制面板設(shè)置在箱體上。

而且，在所述控制面板上還設(shè)置有液晶顯示屏和兩個(gè)指示燈，液晶顯示器連接到單片機(jī)控制器的IO口，兩個(gè)指示燈均與單片機(jī)控制器連接，其中一個(gè)指示燈用于指示單片機(jī)控制器電源接通，另一個(gè)指示燈用于指示單片機(jī)控制器運(yùn)行狀態(tài)。

而且，所述控制面板上設(shè)置有揚(yáng)聲器，在箱體上設(shè)置有麥克風(fēng)，在箱體內(nèi)的電路板上設(shè)置有與揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)連接的語言交互模塊，語言交互模塊通過串口與單片機(jī)控制器電源互聯(lián)。

而且，所述電源模塊的輸入端與STM32單片機(jī)的DA輸出端接口相連，其輸入電壓范圍為0-3V，電源模塊的反饋端與STM32單片機(jī)的AD輸入接口相連。

而且，所述電源模塊包括電源預(yù)處理子模塊和開關(guān)穩(wěn)壓子模塊。

而且，所述電源預(yù)處理子模塊采用二極管橋式整流電路并通過大容量電容濾波。

而且，所述開關(guān)穩(wěn)壓子模塊采用高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片UC3842作為核心控制器件。

而且，所述消抖電路采用集成運(yùn)算放大器搭建的有源低通濾波器，所述消抖電路的輸出口連接到單片機(jī)控制器的外部中斷IO端口。

a.本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)和積極效果為：

本實(shí)用新型提出了一種繼電器動(dòng)作功率自動(dòng)測量儀，它能滿足二次回路各種中間繼電器和出口跳閘繼電器的要求。不僅可以準(zhǔn)確測量繼電器的動(dòng)作功率，甄別出動(dòng)作功率不滿足要求的繼電器，有效避免二次回路引起的斷路器誤動(dòng)，同時(shí)帶有語音提示和語音交互，接線簡單，便于攜帶，并且非常容易掌握。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的箱體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的電路原理框圖；

圖3為本實(shí)用新型電源預(yù)處理模塊的電路原理圖；

圖4為本實(shí)用新型開關(guān)穩(wěn)壓子模塊的電路原理圖；

圖5為本實(shí)用新型的控制流程圖。

具體實(shí)施方式

下面通過附圖結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

一種便攜式繼電器動(dòng)作功率自動(dòng)測量儀，為使其攜帶便攜，本實(shí)用新型采用200*160*120毫米箱式結(jié)構(gòu)，在箱體上設(shè)置有控制面板7，其工作面板如圖1所示。工作面板上設(shè)置有四個(gè)接線端子，其中第一個(gè)接線端子11和第二個(gè)接線端子10與電源模塊連接，作為本實(shí)用新型的直流電壓輸出口，這兩個(gè)接線端子口連接被測繼電器的線圈。所述被測繼電器的常開觸點(diǎn)連接第三個(gè)接線端子9和第四個(gè)接線端子8，從而反饋被測繼電器的動(dòng)作信息。所述工作面板上還設(shè)置有液晶顯示屏5、四個(gè)按鍵6、兩個(gè)指示燈3和4、一個(gè)揚(yáng)聲器1，在箱體上設(shè)置有麥克風(fēng)2，所述兩個(gè)指示燈一個(gè)用于指示電源，另一個(gè)用于指示運(yùn)行，按鍵通過導(dǎo)線與單片機(jī)控制器連接，用于對單片機(jī)控制器進(jìn)行電路通路及調(diào)試等操作。

圖2為本實(shí)用新型組合框圖。箱體內(nèi)安裝有電路板，在電路板上安裝有電源模塊、單片機(jī)控制器，還設(shè)置有消抖電路，程控電源模塊為本實(shí)用新型的核心部件，其采用交流220V電源，其內(nèi)部通過將220V交流電通過整流、濾波、開關(guān)穩(wěn)壓處理，從而可輸出0-220V直流可調(diào)電壓。電源模塊包括電源預(yù)處理子模塊和開關(guān)穩(wěn)壓子模塊。所述電源預(yù)處理子模塊采用二極管橋式整流電路并通過大容量電容濾波。為了降低高次諧波和提高電源功率因數(shù)，電源預(yù)處理模塊包含了基于L6562芯片的臨界導(dǎo)電模式的boost有源功率因數(shù)校正電路，采用MOS管作為功率因數(shù)校正的執(zhí)行器件。

所述單片機(jī)控制器采用意法半導(dǎo)體公司推出的32位處理器STM32F103RCT6，其主頻為72Mhz。本實(shí)用新型搭建了STM32單片機(jī)的最小系統(tǒng)。電源模塊的輸入端與STM32單片機(jī)控制器的DA輸出端接口相連，其輸入電壓范圍為0-3V，線性對應(yīng)于電源模塊輸出端的0-220V直流電壓。電源模塊的反饋端與單片機(jī)模塊的AD輸入接口相連，通過AD轉(zhuǎn)換，STM32單片機(jī)控制器可以讀取電源模塊的實(shí)時(shí)輸出電壓和實(shí)時(shí)輸出電流值。

被測繼電器的常開觸點(diǎn)連接到消抖電路模塊，消抖電路模塊的作用是消除繼電器觸點(diǎn)機(jī)械閉合時(shí)的瞬時(shí)抖動(dòng)，消抖電路的截止頻率是100赫茲。所述消抖電路采用集成運(yùn)算放大器搭建的有源低通濾波器。所述消抖電路的輸出口連接到單片機(jī)控制器的外部中斷IO端口，該IO端口的電平下降沿會(huì)觸發(fā)單片機(jī)程序的中斷服務(wù)程序，從而使得單片機(jī)控制器能及時(shí)獲取被測繼電器的狀態(tài)，并及時(shí)讀取程控電源模塊的實(shí)時(shí)電壓值和電流值，從而可以通過計(jì)算獲得被測直流繼電器的動(dòng)作功率。

所述單片機(jī)通過三極管功率放大電路驅(qū)動(dòng)LED指示燈，其中一個(gè)燈是紅色，用于輸出電壓超過36V指示，第2個(gè)指示燈是黃色，用于故障指示；第3個(gè)指示燈是綠色，用于正常運(yùn)行指示。

所述液晶顯示器連接到單片機(jī)控制器的IO口。為了保證刷新速度，單片機(jī)控制器的IO口為高速IO口。

所述語音交互模塊為非特定語音識(shí)別模塊。該模塊通過串口與單片機(jī)控制器連接。語音交互模塊通過SD卡存儲(chǔ)多個(gè)音頻文件，單片機(jī)控制器通過串口指令即可控制語音交互模塊播放特定語音文件，從而實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)。語音交互模塊可設(shè)置語音識(shí)別關(guān)鍵字，當(dāng)該模塊識(shí)別當(dāng)前輸入語音的關(guān)鍵字時(shí)，語音交互模塊即可通過串口向單片機(jī)控制器返回其識(shí)別結(jié)果，從而根據(jù)設(shè)定完成簡單的語音交互。STM32單片機(jī)通過其USART接口與語音交互模塊相連。所述語音交互模塊為非特定語音識(shí)別模塊，其型號(hào)為ASR-M08A。該模塊通過USART串口與單片機(jī)控制器連接。語音交互模塊通過SD卡存儲(chǔ)多個(gè)音頻文件，單片機(jī)控制器通過USART串口指令即可控制語音交互模塊播放特定語音文件，從而實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)。語音交互模塊可設(shè)置語音識(shí)別關(guān)鍵字，當(dāng)該模塊識(shí)別當(dāng)前輸入語音的關(guān)鍵字時(shí)，語音交互模塊即可通過USART串口向單片機(jī)控制器返回其識(shí)別結(jié)果，從而根據(jù)設(shè)定完成簡單的語音交互。

見圖3，電源預(yù)處理模塊的輸入為交流220V電源電壓，輸出為VOUT1和參考地GND，VOUT1的220V交流輸入為220V±15％的電壓信號(hào)。四個(gè)二極管D2、D3、D7、D8以及輸入濾波電容C5構(gòu)成了對輸入電壓的橋式整流濾波電路。R6和R10串聯(lián)降壓，從輸入電壓中取樣，并作為L6562內(nèi)部乘法器的一端輸入。R2和C6組成啟動(dòng)復(fù)位電路，其作用是在電路上電工作時(shí)，整流后的電壓通過R2對電容C6充電，此時(shí)L6562芯片的VCC端為接地狀態(tài)，當(dāng)C6充滿電后，L6562芯片的VCC端電壓為整流后輸入電壓，并為芯片提供電源。電感T1的原邊與輸出濾波電容C4組成了LC低通濾波電路。當(dāng)電路正常工作后電感T1的副邊存儲(chǔ)的能量通過電阻R3與二極管D4向芯片供電。R5為輸入電流的過零檢測電阻，當(dāng)檢測到開關(guān)管7N60的電流為零時(shí)，開關(guān)管7N60的驅(qū)動(dòng)電路將會(huì)發(fā)出一控制信號(hào)，使得開關(guān)管開通。圖中的二極管D1是作整流使用。R1和R8作為輸出取樣電阻，其采樣的電壓信號(hào)與L6562內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓相比較，所得誤差信號(hào)作為乘法器的另一端輸入。R6為輸入電流的取樣電阻。

采用的L6562芯片是ST公司生產(chǎn)的有源功率因數(shù)校正專用芯片，能方便的構(gòu)成寬電壓輸入(AC85V一265V)，低諧波含量的有源功率因數(shù)校正電源。能直接驅(qū)動(dòng)MOS管，且集成了各種保護(hù)功能。由于集成度很高，它大大減少了構(gòu)成系統(tǒng)所需的元器件，降低了損耗，提高了效率。

見圖4，開關(guān)穩(wěn)壓子模塊的核心器件為用TI公司生產(chǎn)的高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片UC3842，其參考電壓端輸出穩(wěn)定的5V參考電壓，R23和C19構(gòu)成了RC振蕩回路，提供100KHZ的振蕩頻率信號(hào)；采用MOS管7N60作為開關(guān)元器件。所述開關(guān)穩(wěn)壓子模塊通過集成運(yùn)算放大器OP07和光電耦合器TLP521實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓子模塊的閉環(huán)反饋。電源模塊的實(shí)時(shí)輸出電壓經(jīng)電阻分壓后連接到OP07的反相輸入端。STM32單片機(jī)的DA輸出端與集成運(yùn)算放大器OP07的正相輸入端相連，從而給開關(guān)穩(wěn)壓子模塊提供基準(zhǔn)電壓。OP07的輸出端連接到TLP521光耦，從而將OP07的正相反相偏差值轉(zhuǎn)化為等效的電流值，并送入到UC3842的電壓反饋輸入端。連接到OP07反相輸入端的電壓值同時(shí)通過V_AD1in接口連接到STM32單片機(jī)的AD0通道，從而向STM32單片機(jī)反饋實(shí)時(shí)實(shí)際電壓。所述開關(guān)穩(wěn)壓子模塊的負(fù)極輸出端串接有采樣電阻R14，R14的作用是將開關(guān)穩(wěn)壓子模塊的輸出電流轉(zhuǎn)化為電壓I_AD1in進(jìn)行反饋，STM32單片機(jī)通過其內(nèi)部的AD1通道讀取電壓I_AD1in，從而獲取開關(guān)穩(wěn)壓子模塊的實(shí)時(shí)實(shí)際輸出電流。

UC3842的輸出級(jí)為圖騰柱式，輸出晶體管的平均電流值為200mA，最大峰值電流可達(dá)1A，因此可直接驅(qū)動(dòng)開關(guān)管，也可采用隔離驅(qū)動(dòng)方案。本實(shí)用新型采用直接驅(qū)動(dòng)方案。在靠近柵極處串聯(lián)一個(gè)小電阻R19以便抑制寄生振蕩，取R19＝10Ω。R20是用來給柵源間的電容放電，且可防止未使用時(shí)，柵源間電容有電荷積累，造成柵源擊穿，R20一般取10K，并聯(lián)在R19上的反向二極管12是用來給MOS結(jié)電容放電，從而加速M(fèi)OS關(guān)斷。UC3842是一種電流型PWM控制芯片，它是通過電流和電壓誤差比較后來決定驅(qū)動(dòng)方波的關(guān)斷。原邊電流通過R17取樣，由于開關(guān)管Q2打開及變壓器T2原邊內(nèi)部分布電容會(huì)引起原邊電流有很大的上升過沖。如不消除，會(huì)引起系統(tǒng)振蕩。故本實(shí)用新型采用R24、C17阻容低通濾波器，從而將高頻的尖刺削掉。本實(shí)用新型采用UC3842作為開關(guān)電源控制芯片，基于UC3842的電流型PWM系統(tǒng)，其電流環(huán)是內(nèi)環(huán)，電壓環(huán)是外環(huán)。所述電壓環(huán)的主要作用是進(jìn)行穩(wěn)壓控制。圖中R16和R26構(gòu)成了輸出采樣電阻。取樣電壓與基準(zhǔn)電壓的比較誤差值，經(jīng)光電耦合器U4轉(zhuǎn)化成等值電流值。在UC3842的8腳和1腳間加一個(gè)電容C1進(jìn)行補(bǔ)償。UC3842啟動(dòng)時(shí)為全脈寬打開，為防止啟動(dòng)沖擊，應(yīng)采用軟啟動(dòng)電路。該啟動(dòng)電路由R21、R22、R23、C18和Q3組成。UC3842上電后，Q3基極為低電平，UC3842的1腳電位低于1V，因此其6腳無脈沖輸出，隨著UC3842的8腳通過R21、C18構(gòu)成的阻容延時(shí)電路，將Q3的基極電位逐漸抬高，因此1腳逐漸恢復(fù)為高電平，從而6腳的輸出脈沖緩慢打開，開關(guān)管選用7N60，其最大漏源極電流為6A，額定漏源電壓為700V，整流二極管和續(xù)流二極管均采用MUR1660，額定反相電壓為600V，額定電流為16A。

本實(shí)用新型的控制原理流程圖如圖5所示，其步驟可分為：

a.本實(shí)用新型在使用時(shí)，通過鱷魚夾將被測繼電器的線圈連接在第一個(gè)接線端子和第二個(gè)接線端子上，將被測繼電器的常開觸點(diǎn)連接在第三個(gè)接線端子和第四個(gè)接線端子上。

b.連接完畢后，使用者點(diǎn)擊“開始測量”按鈕，單片機(jī)控制器通過DA模塊控制電源模塊輸出電壓，初始狀態(tài)輸出0V。

c.此時(shí)通過AD模塊讀取電源模塊的實(shí)時(shí)電壓，當(dāng)其電壓大于250V時(shí)，說明此時(shí)并未檢測到繼電器或者繼電器工作不正常，此時(shí)提示出錯(cuò)，請檢查繼電器連接。當(dāng)其電壓不大于250V時(shí)，跳到d步。

d.輸出電壓增加1V。

e.讀取繼電器常開觸點(diǎn)，判斷其是否閉合，倘若不閉合，則跳回到c步驟。倘若檢測到其閉合，則讀取此時(shí)電源模塊輸出電壓，將此電壓記作為被測繼電器的吸合電壓，讀取此時(shí)的工作電流，結(jié)合吸合電壓，計(jì)算出吸合功率，并顯示在液晶顯示屏中，并通過語音播報(bào)。

f.測試完吸合電壓后，開始測量釋放電壓，首先讀取電源模塊的當(dāng)前電壓，判斷其是否小于1V，當(dāng)其小于1V時(shí)，說明電壓降到1V以下仍未檢測到繼電器斷開，提示出錯(cuò)，并檢查繼電器觸點(diǎn)連接情況；當(dāng)其不小于1V時(shí)，則跳入到g步驟。

g.程控電源模塊輸出電壓自動(dòng)減少1V。

h.讀取繼電器常開觸點(diǎn)，判斷其是否斷開，倘若不斷開，則跳回到f步驟。倘若檢測到其斷開，則讀取此時(shí)電源輸出電壓，將此電壓記作為被測繼電器的釋放電壓，讀取此時(shí)的工作電流，結(jié)合釋放電壓，計(jì)算出釋放功率，并顯示在液晶顯示屏中，并通過語音播報(bào)。

i.接下來自動(dòng)測試?yán)^電器的反應(yīng)時(shí)間。STM32單片機(jī)控制器通過DA模塊控制電源模塊關(guān)閉電源模塊的電壓輸出，同時(shí)瞬間將其輸出電壓提高到1.5倍的吸合電壓，與此同時(shí)，開啟定時(shí)器。

j.讀取被測繼電器常開觸點(diǎn)是否閉合。倘若未閉合，則繼續(xù)跳回到本步驟繼續(xù)等待，當(dāng)被測繼電器常開觸點(diǎn)閉合后，則說明繼電器已經(jīng)反應(yīng)完畢。跳入到k步驟。

k.記錄此時(shí)定時(shí)器的計(jì)時(shí)數(shù)值。將此值記作繼電器動(dòng)作反應(yīng)時(shí)間，并顯示出來。

l.結(jié)束。

盡管為說明目的公開了本實(shí)用新型的實(shí)施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解：在不脫離本實(shí)用新型及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的，因此，本實(shí)用新型的范圍不局限于實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。