專利名稱：多相整流裝置的整流元件在線故障監(jiān)測報警器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及多相(三相、六相、十二相)整流裝置的整流元件在線故障監(jiān)測報警器。
七十年代以來，隨著大功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展，用多相(三相、六相或十二相)交流電經(jīng)整流作為大功率直流電源已經(jīng)成為發(fā)展趨勢，其應(yīng)用越來越廣泛，一般三相(或六相、十二相)整流電源可由多相發(fā)電機(jī)或變壓器獲得。整流裝置中整流元件的故障直接影響整流裝置的性能，特別是整流元件的開路和短路故障會造成多相發(fā)電機(jī)和變壓器局部過載或危險的短路。因此對于大功率多相整流裝置，為了保護(hù)多相發(fā)電機(jī)和變壓器不受整流元件故障導(dǎo)致的危害，必須及時地檢測出整流元件的故障并立即報警。
本實用新型的目的是要提供一種多相整流裝置整流元件故障在線監(jiān)測報警器，以及時地發(fā)現(xiàn)一個或多個整流元件的開路或(和)短路故障，保護(hù)多相發(fā)電機(jī)和變壓器不受故障損害，提高多相發(fā)電機(jī)和變壓器的運(yùn)行效益。
本實用新型的目的是以如下方法來實現(xiàn)的多相整流裝置的整流元件故障監(jiān)測報警器由中央處理部分及與之相聯(lián)的信號采樣及隔離部分、顯示部分、聲光報警部分、自檢部分等組成。
多相整流裝置的整流元件在線故障監(jiān)測報警器，其相數(shù)可以是三相、六相或十二相，該監(jiān)測報警器包括中央處理部分、信號采樣與隔離部分、故障顯示部分、聲光報警部分及自檢部分；該監(jiān)測報警器的中央處理部分由控制整流元件故障信號采樣并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的單片機(jī)組成，該監(jiān)測報警器有一個對交直流電壓信號進(jìn)行采樣的電阻分壓電路部分，有一個隔離不同信號的隔離放大器部分，該監(jiān)測報警器顯示整流元件故障的部分是發(fā)光二極管陣列，自檢部分為移位寄存器和數(shù)碼管；所述的中央處理部分包括單片機(jī)(8098)、程序存貯器(EPROM2764)、數(shù)據(jù)存貯器(RAM6264)，可編程并行I／O口(8255A)及數(shù)據(jù)鎖存器(74LS373)；對共陽極端元件電壓信號采用整流輸出負(fù)端作為地，對共陰極端整流元件電壓信號采用整流輸出正端作為地；信號采樣部分全部連接到模擬開關(guān)(4051)，對不同的信號進(jìn)行隔離放大的隔離放大器為AD202KN；發(fā)光二極管陣列連向移位寄存器(74LS164)、發(fā)光二極管L194和蜂鳴器；自檢部分包括移位寄存器(74LS164)及與之相連接的數(shù)碼管(LA5011)。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1是本實用新型的原理框圖；圖2是本實用新型的中央處理部分電路圖；圖3是本實用新型的信號采樣和隔離部分電路圖；圖4是本實用新型的顯示部分電路圖。
本監(jiān)測報警器的核心是中央處理部分，如附圖2所示。主要由單片機(jī)(8098)與程序存貯器(EPROM2764)、數(shù)據(jù)存貯器(RAM6264)、數(shù)據(jù)鎖存器(74LS373)及擴(kuò)展并行口(8255A)等連接而成。其中軟件程序存貯在EPROM2764中，而將每一個整流元件上電壓信號的A／D數(shù)據(jù)存貯在RAM6264中，由單片機(jī)8098實現(xiàn)信號采集，并對采集的信號進(jìn)行分析處理。因為8098單片機(jī)提供的I／O口不多，故采用8255A作為擴(kuò)展I／O口?？删幊滩⑿锌?255A有3個8位并行口，本監(jiān)測報警器選擇其中PA的4位來控制信號采樣的模擬開關(guān)，即控制模擬開關(guān)4051的A、B、C及INH，PC口中的3位用來控制A／D輸入的模擬開關(guān)。
信號采樣和隔離部分如附圖3所示?？紤]到一般大功率整流裝置中，電流信號難于采樣，所以本監(jiān)測報警器采樣的信號為多相整流裝置輸入端的交流電壓信號，和整流裝置輸出端的直流電壓信號。采用電阻分壓對交直流電壓信號進(jìn)行采樣。以一臺十二相整流裝置采樣為例，該裝置有12個交流輸入端和一對直流輸出端(Ud+、Ud-)，這14個端點(分別編號為A1、B1、C1、...A4、B4、C4、Ud+、Ud-)作為該監(jiān)測報警器采樣信號輸入端點連接到采樣電路(圖3)中A1、B1、C1、...A4、B4、C4、Ud+、Ud-點。由電阻R22與R36構(gòu)成A1相陰極整流元件D2上電壓UD2的采樣電路，R21與R34構(gòu)成B1相陰極整流元件D4上電壓UD4的采樣電路，其余相陰極整流元件電壓采樣電路分別由R20與R11～R33與R24組成；同理，由R59與R71構(gòu)成A1相陽極整流元件D1上電壓UD1的采樣電路，其余陽極整流元件電壓采樣電路由R58與R48～R70與R60組成。另外由R23和R36組成，整流輸出電壓Ud的采樣電路。25路采樣信號分別送到U3、U4、U8、U9四個模擬開關(guān)(4051)，由單片機(jī)通過U1、U6光電耦合器(TLP521－4)控制進(jìn)行采樣。從圖3中可以看出，采樣部分有兩個地，一個為整流裝置的負(fù)極(Ud-)，一個為整流裝置的正極(Ud+)，兩個地之間不等電位，所以采用U5和U10隔離放大器(AD202KN)將采樣信號互相隔離，這樣確保能準(zhǔn)確測量處于高共模電壓下的電壓信號，且能消除信號源電網(wǎng)干擾所引起的測量誤差及保護(hù)電路不受損壞。單片機(jī)8098按編好的程序指令控制模擬開關(guān)(4051(1)～4051(4))的通斷，以確定的頻率對各路信號順序巡回采樣，單片機(jī)將采集的數(shù)據(jù)存貯在數(shù)據(jù)存貯器(RAM6264)中，并適時地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
單片機(jī)執(zhí)行的軟件依據(jù)每個整流元件電壓信號特征函數(shù)即 ∫TOf1i(t)dt≈0，第i元件短路。
∫TOf2i(t)dt＞S，第i元件開路。
式中，T為十二相交流電源的周期，S為一選定常數(shù)，f1(t)為短路特征的函數(shù)；f2(t)為開路特征的函數(shù)。
本實用新型故障顯示部分由發(fā)光二極管陣列組成，每個整流元件狀態(tài)用一紅一黃兩個發(fā)光二極管來表示兩個燈都不亮，該元件正常；紅燈亮，該元件發(fā)生短路；黃燈亮，該元件開路。顯示部分電路見附圖4，其中用8位串入／并出移位寄存器(74LS164)來擴(kuò)展輸出口，每個74LS164控制8個發(fā)光二極管的通斷。一臺十二相整流裝置有24個整流元件，需48個發(fā)光二極管顯示，由6個74LS164來控制。如果對4臺十二相整流裝置的整流元件進(jìn)行故障監(jiān)測，則由192個發(fā)光二極管組成顯示陣列，如圖5所示(L1～L192)，控制發(fā)光二極管用的移位寄存器74LS164共需24個(74LS164(1)～(6)、74LS164(8)～(25))。
聲光報警部分主要由單片機(jī)通過移位寄存器74LS164來控制與非門(75452)、發(fā)光二極管L194和蜂鳴器來實現(xiàn)。當(dāng)整流元件發(fā)生故障時，單片機(jī)發(fā)出指令，通過顯示部分的發(fā)光二極管陣列，明確指示故障整流元件位置和故障性質(zhì)，同時使L194發(fā)光二極管閃爍，蜂鳴器發(fā)出“嘟、嘟...”報警聲音。
本監(jiān)測報警器自檢部分，由中央處理部分單片機(jī)(8098)及與之相聯(lián)的移位寄存器(74LS164)和數(shù)碼管(LA5011)組成，可以自檢出本監(jiān)測報警器各部分有無故障，數(shù)碼管指示故障部分代號。附圖1～附圖4是本實用新型的實施例，
以下結(jié)合附圖對該監(jiān)測報警器原理作進(jìn)一步說明。附圖1是該監(jiān)測報警器原理框圖，附圖2是中央處理部分連接圖。主要由單片機(jī)(8098)與程序存貯器(EPROM2764)、數(shù)據(jù)存貯器(RAM6264)、數(shù)據(jù)鎖存器(74LS373)以及擴(kuò)展并行口(8255A)等組成。監(jiān)測報警器運(yùn)行程序和故障識別數(shù)據(jù)處理程序都存貯在EPROM2764中，而將每一個整流元件上電壓信號采樣數(shù)據(jù)存貯在RAM6264中，由單片機(jī)8098控制信號采樣和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。可編程并行口8255A作為單片機(jī)8098的擴(kuò)展I／O口，其中PA口中的4位控制圖3中模擬開關(guān)(4051)U3、U4、U8、U9各路信號的通斷，實現(xiàn)信號采樣控制。
附圖3是對一臺十二相整流裝置的信號采樣及隔離電路。本實施例中有4臺十二相整流裝置，故有4套相同的采樣隔離電路。每套整流裝置中12個交流輸入端點接對應(yīng)相，與圖3中A1、B1、C1、A2、B2、C2、A3、B3、C3、A4、B4、C4相連，整流輸出正端與圖中Ud+點相連，負(fù)端與Ud－點相連。以Ud+為一地點，利用電阻分壓電路對整流裝置共陰極端12個整流元件上電壓信號采樣，以ud-為另一地點，對共陽極端12個整流元件采樣。中央處理部分中單片機(jī)通過光電耦合器U1、U6控制信號采樣，采樣后的信號經(jīng)隔離放大器U5、U10(AD202KN)隔離放大后，送入單片機(jī)，存貯在RAM6264中。
中央處理部分根據(jù)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，由每一整流元件的短路特征函數(shù)f1(t)和開路特征函數(shù)f2(t)，對該元件狀態(tài)進(jìn)行識別。
顯示部分如附圖4所示，由L1至L192共192個發(fā)光二極管構(gòu)成4臺十二相整流裝置96只整流元件狀態(tài)的顯示陣列。例如L1(紅燈)亮，表示第1＃整流裝置中整流元件D1短路故障，L3(黃燈)亮，表示該元件開路故障。發(fā)光二極管陣列由單片機(jī)通過24個移位寄存器來控制。當(dāng)整流元件發(fā)生故障時，單片機(jī)及時地對采樣信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，發(fā)出指令，控制相應(yīng)的發(fā)光二極管亮，明確指示故障元件位置和故障性質(zhì)。并通過移位寄存器(74LS164(7))發(fā)出聲光報警信號。
另外，本實施例中，只要適當(dāng)更改單片機(jī)運(yùn)行程序，就可對三相整流裝置、六相整流裝置的整流元件故障進(jìn)行在線監(jiān)測、報警。
實驗證明本實用新型達(dá)到預(yù)期的效果，工作穩(wěn)定可靠，能夠準(zhǔn)確地指明故障元件位置，及時地發(fā)出聲光報警信號。
權(quán)利要求1.一種多相整流裝置的整流元件在線故障監(jiān)測報警器，其特征在于所述的多相可以是三相、六相或十二相，該監(jiān)測報警器包括單片機(jī)部分、信號取樣與隔離部分、故障顯示部分、聲光報警部分及自檢部分；該監(jiān)測報警器的中央處理部分由控制整流元件故障信號的采樣并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的單片機(jī)組成，該監(jiān)測報警器有一個對交直流電壓信號進(jìn)行采樣的電阻分壓電路部分；該監(jiān)測報警器有一個隔離不同信號的隔離放大器部分；該監(jiān)測報警器顯示整流元件故障的部分是發(fā)光二極管陣列；自檢部分為移位寄存器和數(shù)碼管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測報警器，其特征在于所述的中央處理部分包括單片機(jī)(8098)、程序存貯器(EPROM2764)、數(shù)據(jù)存貯器(RAM6264)、可編程并行口(8255A)及數(shù)據(jù)鎖存器(74LS373)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的報警器，其特征在于對共陽極端整流元件電壓信號采用整流輸出負(fù)端作地，對共陰極端整流元件電壓信號采用整流輸出正端作地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的監(jiān)測報警器，其特征在于信號采樣部分全部連接到模擬開關(guān)(4051)，對不同地的信號進(jìn)行隔離放大的隔離放大器為AD202KN。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測報警器，其特征在于發(fā)光二極管陣列連向移位寄存器(74LS164)和單片機(jī)(8098)，每一個整流元件連向一紅一黃兩個發(fā)光二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測報警器，其特征在于故障報警部分包括移位寄存器(74LS164)、發(fā)光二極管L194和蜂鳴器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測報警器，其特征在于自檢部分包括移位寄存器(74LS164)及與之相連接的數(shù)碼管(LA5011)。
專利摘要本實用新型涉及多相(三相、六相及十二相)整流裝置的整流元件故障在線監(jiān)測報警器，其目的在于及時發(fā)現(xiàn)單個或多個整流元件開路或(和)短路故障，保護(hù)多相發(fā)電機(jī)和變壓器不受故障損害。該監(jiān)測報警器主要由單片機(jī)中央處理部分、信號采樣與隔離部分、故障顯示部分、聲光報警部分、自檢部分連接而成。利用整流元件電壓的短路特征函數(shù)f
文檔編號G01R31/02GK2187798SQ94206750
公開日1995年1月18日 申請日期1994年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月31日
發(fā)明者胡安, 馬偉明, 馮占國, 張蓋凡, 劉德志, 王令蓉, 賀國平 申請人:中國人民解放軍海軍工程學(xué)院