专利名称：多相整流装置的整流元件在线故障监测报警器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及多相(三相、六相、十二相)整流装置的整流元件在线故障监测报警器。
七十年代以来，随着大功率半导体器件的发展，用多相(三相、六相或十二相)交流电经整流作为大功率直流电源已经成为发展趋势，其应用越来越广泛，一般三相(或六相、十二相)整流电源可由多相发电机或变压器获得。整流装置中整流元件的故障直接影响整流装置的性能，特别是整流元件的开路和短路故障会造成多相发电机和变压器局部过载或危险的短路。因此对于大功率多相整流装置，为了保护多相发电机和变压器不受整流元件故障导致的危害，必须及时地检测出整流元件的故障并立即报警。
本实用新型的目的是要提供一种多相整流装置整流元件故障在线监测报警器，以及时地发现一个或多个整流元件的开路或(和)短路故障，保护多相发电机和变压器不受故障损害，提高多相发电机和变压器的运行效益。
本实用新型的目的是以如下方法来实现的多相整流装置的整流元件故障监测报警器由中央处理部分及与之相联的信号采样及隔离部分、显示部分、声光报警部分、自检部分等组成。
多相整流装置的整流元件在线故障监测报警器，其相数可以是三相、六相或十二相，该监测报警器包括中央处理部分、信号采样与隔离部分、故障显示部分、声光报警部分及自检部分；该监测报警器的中央处理部分由控制整流元件故障信号采样并进行数据处理的单片机组成，该监测报警器有一个对交直流电压信号进行采样的电阻分压电路部分，有一个隔离不同信号的隔离放大器部分，该监测报警器显示整流元件故障的部分是发光二极管阵列，自检部分为移位寄存器和数码管；所述的中央处理部分包括单片机(8098)、程序存贮器(EPROM2764)、数据存贮器(RAM6264)，可编程并行I／O口(8255A)及数据锁存器(74LS373)；对共阳极端元件电压信号采用整流输出负端作为地，对共阴极端整流元件电压信号采用整流输出正端作为地；信号采样部分全部连接到模拟开关(4051)，对不同的信号进行隔离放大的隔离放大器为AD202KN；发光二极管阵列连向移位寄存器(74LS164)、发光二极管L194和蜂鸣器；自检部分包括移位寄存器(74LS164)及与之相连接的数码管(LA5011)。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
图1是本实用新型的原理框图；图2是本实用新型的中央处理部分电路图；图3是本实用新型的信号采样和隔离部分电路图；图4是本实用新型的显示部分电路图。
本监测报警器的核心是中央处理部分，如附图2所示。主要由单片机(8098)与程序存贮器(EPROM2764)、数据存贮器(RAM6264)、数据锁存器(74LS373)及扩展并行口(8255A)等连接而成。其中软件程序存贮在EPROM2764中，而将每一个整流元件上电压信号的A／D数据存贮在RAM6264中，由单片机8098实现信号采集，并对采集的信号进行分析处理。因为8098单片机提供的I／O口不多，故采用8255A作为扩展I／O口。可编程并行口8255A有3个8位并行口，本监测报警器选择其中PA的4位来控制信号采样的模拟开关，即控制模拟开关4051的A、B、C及INH，PC口中的3位用来控制A／D输入的模拟开关。
信号采样和隔离部分如附图3所示。考虑到一般大功率整流装置中，电流信号难于采样，所以本监测报警器采样的信号为多相整流装置输入端的交流电压信号，和整流装置输出端的直流电压信号。采用电阻分压对交直流电压信号进行采样。以一台十二相整流装置采样为例，该装置有12个交流输入端和一对直流输出端(Ud+、Ud-)，这14个端点(分别编号为A1、B1、C1、...A4、B4、C4、Ud+、Ud-)作为该监测报警器采样信号输入端点连接到采样电路(图3)中A1、B1、C1、...A4、B4、C4、Ud+、Ud-点。由电阻R22与R36构成A1相阴极整流元件D2上电压UD2的采样电路，R21与R34构成B1相阴极整流元件D4上电压UD4的采样电路，其余相阴极整流元件电压采样电路分别由R20与R11～R33与R24组成；同理，由R59与R71构成A1相阳极整流元件D1上电压UD1的采样电路，其余阳极整流元件电压采样电路由R58与R48～R70与R60组成。另外由R23和R36组成，整流输出电压Ud的采样电路。25路采样信号分别送到U3、U4、U8、U9四个模拟开关(4051)，由单片机通过U1、U6光电耦合器(TLP521－4)控制进行采样。从图3中可以看出，采样部分有两个地，一个为整流装置的负极(Ud-)，一个为整流装置的正极(Ud+)，两个地之间不等电位，所以采用U5和U10隔离放大器(AD202KN)将采样信号互相隔离，这样确保能准确测量处于高共模电压下的电压信号，且能消除信号源电网干扰所引起的测量误差及保护电路不受损坏。单片机8098按编好的程序指令控制模拟开关(4051(1)～4051(4))的通断，以确定的频率对各路信号顺序巡回采样，单片机将采集的数据存贮在数据存贮器(RAM6264)中，并适时地进行数据处理。
单片机执行的软件依据每个整流元件电压信号特征函数即 ∫TOf1i(t)dt≈0，第i元件短路。
∫TOf2i(t)dt＞S，第i元件开路。
式中，T为十二相交流电源的周期，S为一选定常数，f1(t)为短路特征的函数；f2(t)为开路特征的函数。
本实用新型故障显示部分由发光二极管阵列组成，每个整流元件状态用一红一黄两个发光二极管来表示两个灯都不亮，该元件正常；红灯亮，该元件发生短路；黄灯亮，该元件开路。显示部分电路见附图4，其中用8位串入／并出移位寄存器(74LS164)来扩展输出口，每个74LS164控制8个发光二极管的通断。一台十二相整流装置有24个整流元件，需48个发光二极管显示，由6个74LS164来控制。如果对4台十二相整流装置的整流元件进行故障监测，则由192个发光二极管组成显示阵列，如图5所示(L1～L192)，控制发光二极管用的移位寄存器74LS164共需24个(74LS164(1)～(6)、74LS164(8)～(25))。
声光报警部分主要由单片机通过移位寄存器74LS164来控制与非门(75452)、发光二极管L194和蜂鸣器来实现。当整流元件发生故障时，单片机发出指令，通过显示部分的发光二极管阵列，明确指示故障整流元件位置和故障性质，同时使L194发光二极管闪烁，蜂鸣器发出“嘟、嘟...”报警声音。
本监测报警器自检部分，由中央处理部分单片机(8098)及与之相联的移位寄存器(74LS164)和数码管(LA5011)组成，可以自检出本监测报警器各部分有无故障，数码管指示故障部分代号。附图1～附图4是本实用新型的实施例，
以下结合附图对该监测报警器原理作进一步说明。附图1是该监测报警器原理框图，附图2是中央处理部分连接图。主要由单片机(8098)与程序存贮器(EPROM2764)、数据存贮器(RAM6264)、数据锁存器(74LS373)以及扩展并行口(8255A)等组成。监测报警器运行程序和故障识别数据处理程序都存贮在EPROM2764中，而将每一个整流元件上电压信号采样数据存贮在RAM6264中，由单片机8098控制信号采样和进行数据处理。可编程并行口8255A作为单片机8098的扩展I／O口，其中PA口中的4位控制图3中模拟开关(4051)U3、U4、U8、U9各路信号的通断，实现信号采样控制。
附图3是对一台十二相整流装置的信号采样及隔离电路。本实施例中有4台十二相整流装置，故有4套相同的采样隔离电路。每套整流装置中12个交流输入端点接对应相，与图3中A1、B1、C1、A2、B2、C2、A3、B3、C3、A4、B4、C4相连，整流输出正端与图中Ud+点相连，负端与Ud－点相连。以Ud+为一地点，利用电阻分压电路对整流装置共阴极端12个整流元件上电压信号采样，以ud-为另一地点，对共阳极端12个整流元件采样。中央处理部分中单片机通过光电耦合器U1、U6控制信号采样，采样后的信号经隔离放大器U5、U10(AD202KN)隔离放大后，送入单片机，存贮在RAM6264中。
中央处理部分根据采样数据进行分析处理，由每一整流元件的短路特征函数f1(t)和开路特征函数f2(t)，对该元件状态进行识别。
显示部分如附图4所示，由L1至L192共192个发光二极管构成4台十二相整流装置96只整流元件状态的显示阵列。例如L1(红灯)亮，表示第1＃整流装置中整流元件D1短路故障，L3(黄灯)亮，表示该元件开路故障。发光二极管阵列由单片机通过24个移位寄存器来控制。当整流元件发生故障时，单片机及时地对采样信号进行数据处理，发出指令，控制相应的发光二极管亮，明确指示故障元件位置和故障性质。并通过移位寄存器(74LS164(7))发出声光报警信号。
另外，本实施例中，只要适当更改单片机运行程序，就可对三相整流装置、六相整流装置的整流元件故障进行在线监测、报警。
实验证明本实用新型达到预期的效果，工作稳定可靠，能够准确地指明故障元件位置，及时地发出声光报警信号。
权利要求1.一种多相整流装置的整流元件在线故障监测报警器，其特征在于所述的多相可以是三相、六相或十二相，该监测报警器包括单片机部分、信号取样与隔离部分、故障显示部分、声光报警部分及自检部分；该监测报警器的中央处理部分由控制整流元件故障信号的采样并进行数据处理的单片机组成，该监测报警器有一个对交直流电压信号进行采样的电阻分压电路部分；该监测报警器有一个隔离不同信号的隔离放大器部分；该监测报警器显示整流元件故障的部分是发光二极管阵列；自检部分为移位寄存器和数码管。
2.根据权利要求1所述的监测报警器，其特征在于所述的中央处理部分包括单片机(8098)、程序存贮器(EPROM2764)、数据存贮器(RAM6264)、可编程并行口(8255A)及数据锁存器(74LS373)。
3.根据权利要求1所述的报警器，其特征在于对共阳极端整流元件电压信号采用整流输出负端作地，对共阴极端整流元件电压信号采用整流输出正端作地。
4.根据权利要求1、2、3所述的监测报警器，其特征在于信号采样部分全部连接到模拟开关(4051)，对不同地的信号进行隔离放大的隔离放大器为AD202KN。
5.根据权利要求1所述的监测报警器，其特征在于发光二极管阵列连向移位寄存器(74LS164)和单片机(8098)，每一个整流元件连向一红一黄两个发光二极管。
6.根据权利要求1所述的监测报警器，其特征在于故障报警部分包括移位寄存器(74LS164)、发光二极管L194和蜂鸣器。
7.根据权利要求1所述的监测报警器，其特征在于自检部分包括移位寄存器(74LS164)及与之相连接的数码管(LA5011)。
专利摘要本实用新型涉及多相(三相、六相及十二相)整流装置的整流元件故障在线监测报警器，其目的在于及时发现单个或多个整流元件开路或(和)短路故障，保护多相发电机和变压器不受故障损害。该监测报警器主要由单片机中央处理部分、信号采样与隔离部分、故障显示部分、声光报警部分、自检部分连接而成。利用整流元件电压的短路特征函数f
文档编号G01R31/02GK2187798SQ94206750
公开日1995年1月18日 申请日期1994年5月31日 优先权日1994年5月31日
发明者胡安, 马伟明, 冯占国, 张盖凡, 刘德志, 王令蓉, 贺国平 申请人:中国人民解放军海军工程学院