某型直流变流机及库仑电容检测仪的设计

刘华栋

(海军驻太原地区航空军事代表室，山西 太原 030006)

虚拟仪器技术在测试测量以及工业领域得到广泛的应用［1］。虚拟技术是模块化集成的方法，结合软件开发平台，根据技术要求，创建界面，实现替代常规通用仪器的功能。

直流变流机与库仑电容检测仪是基于PXI 总线、计算机控制、高精度、高速度的测试设备。其是集数据采集、波形收录、数据分析记录、报表输出等于一体的自动化测试仪;可同时测量并显示电压、电流、波形等，并能够模拟瞬态测试环境，对电源稳态参数及电容瞬态波形进行捕获;能将测试数据自动存储，并以Excel 格式进行测试数据记录及输出，方便保存、打印。软件平台采用Labview［2］，该测试仪通过进行稳态及瞬态测试，对直流供电系统和库伦电容进行正常工作及非正常工作状态下特性测试，记录分析结果。

1 总体设计

测试仪采用标准19 英寸机柜，并装有把手及橡胶垫，底部安装滚轮，可做短距离移动，具有可靠的机械封装，适用于不同的工业环境;采用模块化设计，方便安装及拆卸，对于使用日常维护及维修更换非常有利;硬件组成主要包括:测试仪配电，DC27 V 供电系统、DC150 V 供电系统、测控箱、模拟电容、电子负载、计算机控制系统等，测试仪框图见图1。

图1 系统框图

2 系统测试原理

测试仪主回路原理图如图2。

图2 系统主回路原理图

主要设备说明见表1。

表1 主要设备说明

2.1 回路原理

2.1.1 直流变流机和电子负载

直流变流机+电子负载工作流程:

测试回路组成:KM1，KA3 闭合，控制S3 接通或关断进行突加或突卸负载，其他回路断开;测试设备组成:直流稳压电源G1、直流电子负载L1;测试内容包括:电源调整率、负载调整率、纹波、负载阶跃响应等测试项目。

2.1.2 直流变流机及检测电容

直流变流机和检测电容工作流程:

充电测试回路:KM1，KM6，S3，S4 闭合，其他断开;充放电测试回路:KM1，KM6，S3，S4 闭合，其他断开，进行充电;S3断开，S2 接通开始放电;放电至零回路:S4 闭合，控制S2 接通或关断，进行间歇式放电;测试设备组成:直流稳压电源G1、检测电容C1。

2.1.3 库仑电容测试回路

充电电源、库仑电容和放电装置工作顺序:

充电测试回路:S1 闭合，其他断开;充放电测试回路:S1，KA2 闭合，其他断开，进行充电;S1 断开，S2 接通开始放电;放电至零回路:KA2 闭合，控制S2 接通或关断，进行间歇式放电;测试设备组成:充电电源G2、放电装置L2。

2.2 系统检测、控制回路

检测系统检测、控制回路图如图3。

图3 系统检测控制图

2.2.1 主要硬件设备功能

1)工业级计算机系统:对测试项目进行过程控制，对参数进行实时检测，对采集的数据进行分析，对数据库进行管理。

2)直流稳压电源(G1):直流稳压电源(G1)提供变流机输入供电。

3)程控直流恒流、恒压电源(G2):程控直流恒流、恒压电源用于库仑电容充电，通过计算机控制通信接口RS232 发送相应指令，输出恒流或恒压模式，实现电容充电模拟。

4)直流电子负载:直流电子负载为测试时模拟所需的不同阻性负载。

5)继电器板:继电器板为控制节点电路。

6)电源控制板:对输出电压进行控制。

7)仪表、传感器单元:电压、电流表通过485 进行组网，实现稳态参数的采集及显示。

3 测试项目方法及计算

3.1 直流变流机测试项目

1)电源调整率P1 测试

2)负载调整率P2 测试

3)纹波测试

纹波电压有效值:直流电压的交流分量的均方根;纹波电压U(峰峰值)=max(Umax－Uav，Uav－Umin).

受测电源输入电压为额定27 V，输出在额定负载时，计算并记录各路输出的纹波电压值。

4)负载阶跃响应

受测电源工作在额定输入状态下，从空载按照一定的梯度突加负载，待输出稳定后，记录负载变化前后的稳态电压、电流等参数。

5)充电时间测量

受测电源工作在额定输入状态下，待输出稳定后，开始对检测仪上配置的库仑电容充电，直到电容充满，记录从充电开始到电容充满所用时间。

6)充放电实验

受测电源工作在额定输入状态下，充满放电37 ms，再充2 s，循环测试，记录波形。

3.2 库仑电容测试项目

1)充电时间测量

测试之前先将库仑电容放电至零后，受测库仑电容工作在额定输入状态下，开始充电，直到电容充满，记录从充电开始到电容充满所用时间。

2)漏电压测试

先将受测库仑电容充电至满后进行测试，在规定的时间内，对受测电容上的电压降进行测量，记录该过程中的电压降。

4 软件系统

操作系统采用Microsoft Windows XP;应用软件采用Microsoft office Access 2003，Excel2003;

软件开发环境为labview 8.6。硬件平台使用工业工控计算，CPU:P4 3.0，内存:1G，硬盘:160G。

4.1 软件组织结构

组织结构如图4 所示。

图4 软件组织结构图

4.2 软件界面设计

图5 直流变流机检测界面

图6 库仑电容检测界面

［1］柳爱利，周绍磊.自动测试技术［M］.北京:电子工业出版社，2007.

［2］陈锡辉，张银鸿.LabVIEW 8.20 程序设计从入门到精通［M］.北京:清华大学出版社，2007.