断路器数字化测试恒流源装置及其控制算法
断路器在工业、农业和日常生活等领域应用得比较广，是配电系统中大量使用的重要电气产品。低压断路器的保护特性包括过流保护特性和过载保护特性，即断路器的脱扣动作时间与过流以及过载脱扣动作电流的关系特性。 对于断路器保护特性测试，需要提供精确、稳定、高效的测试电流，保证测试结果可靠性。恒流源装置提供连续可调且精确稳定的大电流，从而对断路器进行保护特性测试。现有恒流源测试装置在测试断路器保护特性时，输出测试电流会受到负载阻抗变化以及外界干扰的影响。针对这一情况，论文设计了阻抗在线识别及前馈补偿结合PID复合控制算法。采用阻抗识别算法读取两段时间的负载电压和电流信号，列出两组关于负载阻抗的一阶微分方程，联立方程组得到负载电阻及电感，可以实时读取负载阻抗变化，用于前馈补偿控制，提高输出电流精度。同时采用PID控制技术克服外界干扰，跟踪参考电流，使输出电流更加稳定。并且采用阻抗在线识别进行前馈补偿，减少PID控制技术的跟踪时间，达到检验效率高效的目标。 首先，对恒流源装置控制算法进行分析，搭建恒流源Simulink仿真环境，在不同算法下，测试分析输出电流。在实际设计中，探究恒流源装置电路结构与组成，包括整流滤波电路、单相桥式逆变电路、反激式开关电源电路、STM32芯片及其外围电路、电压和电流采样电路、RS485通讯电路等。其次，搭建电流测试平台，恒流源装置输出侧外接变压器，串联阻抗负载以及控制回路接触器，同时用电压互感器和电流互感器检测负载电压及电流。然后，进行程序设计以及编写，包括阻抗识别、前馈PID控制、ADC模数转换、软启动控制、高级定时器产生互补SPWM及中断、RS485通讯、DMA等。最后，实验结合仿真验证控制算法的可行性，对比前馈控制、PID控制和前馈PID控制输出电流仿真结果。 仿真和实验证明，前馈PID控制方案自适应能力强，加快系统响应和提高抗干扰能力，能够有效地缩短校验时间及提高检测效率，确保测试电流精度。
断路器;恒流源;阻抗识别;前馈PID;死区补偿;高精度
温州大学
硕士
计算机应用技术
舒亮
2019
中文
TM562
2020-03-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）