摘要：模块化结构的低电压监测器的研究，主要是对低压开关设备以及低压控制设备进行实验，对监测的效率及监测的平台的应用安全性进行提高。模块化结构的低压电产品监测设备与数字信号的处理以及电子信息技术、网络通讯技术相结合，利用编程控制器来让模块化组合设备的运行得到实现，同时将温升检测的功能以及介电性能、电路保护性能及电气间隙、爬电距离等功能进行有效的结合，在PID理论的应用中，对交流电的进行准确的输出。我们在本文中就低压电气监测利用的交流恒流源系列的设计进行分析，通过对速度、精确度、实用性等特点的研究来对其进行设计及应用。
关键词：低压电器；交流恒流源；监测；模块化结构
一、基本结构及工作原理
高精度恒流源是对成套开关设备进行保障的一种方式和手段，成套的开关设备又是能够保证电力系统安全稳定的必要条件。对电力系统应用中的输电和配电以及电能之间的转换和节能，低压成套开关的设备在电力系统中承担这重要的角色，在整个电力系统中起到至关重要的作用。交流恒电在电器性能测试及实验中都是最中心的一个组成部件，精确度及稳定性对整个系统的运行有着直接的影响。在低压电器行业中，对于温升、电流热循环、热脱扣延迟实验中，一些普通的恒流源在性能方面以及性价比都不能满足低压电器行业的相关要求，其稳定性以及精准度、幅值、相位等方面，都有一定的差距。交流恒流源能够对低压电器型式在实验的过程中进行远程的操控，对实验的情况进行记录和监控，同时也能够进行故障的监测及分析，对模块化的设计进行结构的调整。按照相关的执行规定结合本次的实验来进行要求，我们利用自行研究开发的软件结合DSP处理器来作为实验的控制装置，在系统中利用DSP系统及电压电流的采集等相应的模块，并通过通讯的显示当来对模块进行控制。在实验过程中，可通过对电流进行改变来对电流恒流源的频率和相位误差进行研究。
单片机的数控恒流源的设计，是由恒流源主电路以及单片机的最小系统一起构成的。控制单元、A/D以及D/A的转换模块、负载、键盘显示的模块四部分共同和组成了单片机的最小系统。系统框架如图1所示。自主进行研发的控制软件也是以DSP为核心的，同时能够自动保护，对故障进行自动监测。AD的采样处理部分，对于系统的信号采集输入也能够进行采样，并且对其他模块也可以供给运行参数，对修正系数也能够进行校准和核对。主控和故障的监测部分，按照监测的结果可以对故障来进行准确的判断，同时也能够对出现的系统故障进行处理，对整个系统进行保护。通讯显示档位的控制处理模块，是通过通讯的接口以及人机界面的显示、档位的控制和异常情况处理等几方面来进行处理。同时利用ARM-CortexM3处理器进行实施操作，利用C语言进行程序编写。
二、系统的硬件及软件部分
恒流源的整个系统是由多个元部件构成的。电子功放、RC型号特种升流器、PLC模块以及触摸屏几个部分组成。单模块的电流输出等级我们以200A为案例，能够对AC0-200A的测试电流进行输出，然后在通过电子调压器的调节来对电流的性能进行检测，通过无触点调节让电流的准确性、稳定性、反应速度等都能够通过设定的电流进行输出，输出的时间仅需要0.5秒。为了可以让不同的测试产品达到满意的要求，恒流源需要对电源的升流器进行设置，并进行多个电压及电流档位的设定。一个电流柜的电流系统，我们设定由AC200A独立恒流源来组成，数量为6台，每一台独立的恒流源都有自己独立的开关及显示器来进行操作。不仅每一台能够独立运行，还可以进行并联，输出的电流最大量为1200A。不仅如此，我们还可以将这六台进行单独的组合，让最大的输出电流保证在400A，让三台同时进行运行进行联机使用。
1.系统硬件部分。电子交流恒流源的整体框架如图3所示，是利用人机接口的介面来进行的，通过对电流值、频率来进行预先的设置，让整流模块可以通过正常的家用220V交流电来直接通过300V的直流电，可以为之后的逆变电路供给电量，也可以为电路中的其他部分提供电源支持。逆变器模块能够利用SPWM对IGBT来进行控制，对该功率器件的控制，可以将滞留信号变成交流信号，对交流换能器进行电压的供给，通过对高性能的铁芯变压器进行输出电路，让高压的电流型号转换成为低压的电流信号，在将低压大电流信号为被检测的元件进行电流的供给。频率的模块对整个参考的信号频率和相位都可以进行准确的样本采集，可以为正弦信号发生器的频率和初始相位提供参考，保证逆变之后的电流信号可以与参考的信号相一致，这也是恒流源可以进行并联应用的关键所在，输出的电压采集模块，能够对逆变模块输出的电压信号进行实施的数据采集，在处理之后，能够将误差控制模块的信息进行反馈。输出的电流采集模块也可以在电流互感器的帮助之下，对实际输出的电流进行实时的采集，经过处理之后，为后续电路的显示和反馈的处理提供参考。正弦信号发生器模块，也是按照频率相位的跟踪模块给出的信号，与参考信号进行对比之后，看频率和相位的信号与给出的控制模块之间的误差来进行判断，并且，正弦信号的幅度，也是由PID的控制模块以及输出设定来进行控制的，在PID进行计算后，对正弦型号发生器产生的信号幅度进行实时的控制，而后能够让输出的电流和设定的电流保持一致。误差控制模块是可以让正弦信号在误差计算之后，将内容输送给SPWM信号发生器之中的，并且能够让逆变之后的信号和设定的信号，其频率能够保持相同。误差控制模块的正弦信号，和模块内的三角波载信号来进行比对，其中的SPWM波形在驱动IGBT功率器件的帮助下，能够让逆变过程得到实现。通讯显示档位控制处理模块，通讯的借口及人机界面的现实和档位的控制及异常情况的处理，都是通过通讯显示档位控制处理模块来进行的。该处理模块是利用ARM-CortexM3处理器进行处理，其中内部植入了实际的操作系统，利用C语言编程来进行网络语言编辑。频率相位跟踪模块也是电子式恒流源在相位、频率进行同步保持方面需要进行控制的关键部分，每一个模块能够组成多个环路，在微处理器的配合之下，在控制策略的电流输出方面进行动态的调整，对电流的闭环控制进行输出，让电流值恒定得到保证。
2.系统软件部分。对控制算法的选择。恒流源元件的监测过程，是利用多个参数耦合的边线型系统进行实现的，同时也对电流的监测精准度有一定的影响。因为不同的低压电器和不同的监测方式及环境都有所不同，能够让实验的过程很难得到有效的判断，不能够用非常准确的数学模型进行描述，也可以通过其他的方式来进行系统的简化和控制。在系统中需要模块化程序设计来进行执行，以硬件功能模块将软件的程序模块进行划分，然后在对每一个模块的功能进行重新的对接和定义。主程序流程图如图5所示，主控的芯片是DSP，这是按照采集的电流值在进行信号输出的时候，对频率和占空比的脉冲来对电流进行出调整。在触摸屏对恒流源系统初始化之后，可以通过对电路的采集将电流从DSP到AD进行输入，通过模数的转化得出电流值，再与期望的电流值进行比较之后，以PID运算来进行，在对电流值进行调整后，可以让电流值与期望值相近。
标准的数字PID算法如下式所示：
结论：
为了对交流恒流源在电压电器应用中的实验进行分析，通过实验的对比分析，我们能够得出相应的结论，电流与额定数值越接近，其稳定性就越好，由此可见，恒流输出与实际测量的精准度要求是符合相关要求的。系统的稳定性与精准度也是可以进行控制的，实际的应用中，低压电器的验证与型式的实验都能够得到满足。
参考文献：
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论文作者:邓伟清
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/9
标签：电流论文; 模块论文; 信号论文; 系统论文; 恒流源论文; 相位论文; 频率论文; 《建筑学研究前沿》2018年第17期论文;