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漏電保護(hù)測試系統(tǒng)電路原理分析

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關(guān)鍵詞: 漏電保護(hù),測試系統(tǒng),單片機(jī),電流互感器,AD轉(zhuǎn)換

      據(jù)不完全統(tǒng)計,我國每年因漏電而引起的觸電事故、火災(zāi)造成數(shù)千人死亡和數(shù)十億的經(jīng)濟(jì)損失,因此對可以防止漏電火災(zāi)及人身觸電保護(hù)的漏電保護(hù)器的性能提出了更高的要求。本文介紹的漏電保護(hù)器動作特性自動測試系統(tǒng),可測量漏電保護(hù)器的漏電動作電流值、分?jǐn)鄷r間和漏電不動作電流值,對提高漏電保護(hù)器工作的可靠性提供了主要技術(shù)參數(shù),檢測過程具有較高的自動化水平,可對在線運行與非在線運行的漏電保護(hù)器進(jìn)行檢測。

      系統(tǒng)以LPC2132為核心,具有擴(kuò)展測試電流的產(chǎn)生和調(diào)節(jié)模塊、動作執(zhí)行單元、電流檢測電路以及鍵盤等外圍設(shè)備。LPC2132是一個支持實時仿真和跟蹤32位ARM7TDMI-S核的微控制器,1個10位8路A/D轉(zhuǎn)換器,2個32位定時器/計數(shù)器,6路PWM單元輸出,2個硬件I2C接口和47個  GPIO,2個16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART,以及多達(dá)9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷。16kB的片內(nèi)靜態(tài)RAM和64kB的片內(nèi)Flash程序存儲器避免了LPC2132外擴(kuò)存儲器,簡化了電路,提高了運行速度。漏電保護(hù)器的動作特性自動測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

      測試電流產(chǎn)生及調(diào)節(jié)模塊

      漏電保護(hù)測試系統(tǒng)電路原理分析

      圖2 測試電流產(chǎn)生及調(diào)節(jié)模塊

      測試電流產(chǎn)生和調(diào)節(jié)模塊如圖2所示。測試電流的產(chǎn)生是將50Hz、220V的正弦交流電經(jīng)過220:12的降壓變壓器和電動調(diào)壓器,輸出0~12V的正弦交流電,再通過回路電阻,產(chǎn)生需要的測試電流。測試電流的產(chǎn)生分為3檔,以滿足不同的測量范圍。繼電器J1吸合,可產(chǎn)生0~1000mA的測試電流;繼電器J2吸合,可產(chǎn)生0~500mA的測試電流;繼電器J1、J2都不吸合,可產(chǎn)生0~100mA的測試電流。每一檔測試電流的調(diào)節(jié)通過LPC2132控制電動調(diào)壓器實現(xiàn)。為了使測試電流能均勻地變化,電動調(diào)壓器采用了交流伺服控制。在測試過程中,LPC2132對采集到的實時回路中的測試電流值與設(shè)定值比較,并計算得到控制量,控制伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)動,帶動電動調(diào)壓器的電刷在副邊上穩(wěn)定地滑動,使副邊電壓變化,從而改變回路中的電流。LPC2132的P0.2  腳輸出脈沖信號控制伺服電動機(jī)的運動速度,P0.3腳輸出高或低的電平信號,控制伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)動的方向。

      電流檢測電路

      電流檢測電路如圖3所示。通過電流互感器對測試電流進(jìn)行采樣,將電流互感器的二次側(cè)輸出信號經(jīng)濾波、放大、電壓提升等電路,變換為A/D模塊可以采集的單極性電壓信號(0~5V)后送入LPC2132.

      漏電保護(hù)測試系統(tǒng)電路原理分析

      圖3電流檢測電路

      在檢測電流的大小時,根據(jù)測試電流的周期(工頻)按照每個周期40個點進(jìn)行采樣,采樣一個周期后,根據(jù)電流互感器的衰減倍數(shù)和提升電壓的數(shù)值,通過軟件算法計算出實際的電流有效值。電路應(yīng)滿足如下條件,當(dāng)交流電流的瞬時值達(dá)到正向峰值時,放大器輸出5V;當(dāng)交流電流的瞬時值達(dá)到負(fù)向峰值時放大器輸出  0V.3 A/D轉(zhuǎn)換及控制電路

      電流檢測電路的輸出信號VOUT送入LPC2132內(nèi)置的8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換輸入端,對漏電電流的大小進(jìn)行檢測。

      漏電保護(hù)測試系統(tǒng)電路原理分析

      圖4 A/D轉(zhuǎn)換及控制電路

      由于A/D轉(zhuǎn)換為10位,當(dāng)輸入電壓為5V時,輸出數(shù)據(jù)值為1024(4FFH),因此最大分辨率為0.0049V(5V/1024)。若產(chǎn)生測試電流的回路電阻為12Ω時,漏電電流的分辨率為0.4mA(0.0049V/12Ω),完全滿足測試需要。漏電保護(hù)器的漏電電流產(chǎn)生的開始信號和動、靜觸頭斷開信號分別送入LPC2132的外部中斷輸入端,采用中斷的方式對漏電保護(hù)器動、靜觸頭的分?jǐn)鄷r間進(jìn)行檢測。P0.5與P0.6腳分別控制繼電器J1、J2的閉合和分?jǐn)啵x擇三種不同測量范圍的測試電流。LPC2132與上位機(jī)之間采用串行通信,由于系統(tǒng)是3.3V系統(tǒng),所以要使用SP3232E進(jìn)行RS-  232電平轉(zhuǎn)換。SP3232E是3V工作電源的RS-232轉(zhuǎn)換芯片。A/D轉(zhuǎn)換及控制電路如圖4所示。

    (審核編輯: 智匯張瑜)

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