一种带有虚拟电流源的三相电能表现场校验仪的制作方法

xiaoxiao2020-06-24  3

专利名称:一种带有虚拟电流源的三相电能表现场校验仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种带有虚拟电流源的三相电能表现场校验仪,设有虚拟电流负载发生单元和虚拟电流取样单元,虚拟电流负载发生单元包括依次相连的电压信号取样单元、过零比较单元、信号采集与数据处理单元、数模转换单元、功率放大单元和电流输出单元,信号反馈单元连接功率放大单元和电流输出单元,第二通讯单元连接信号采集与数据处理单元,电压信号取样单元的输入端、信号采集与数据处理单元分别和校验仪的电压输入端子、人机界面工控板相连,电流输出单元和虚拟电流取样单元及校验仪的电流输出端子相连。本实用新型在无电流负载情况下仍能对电能表进行不同负载点的误差测试,并可判断电能表的现场运行情况,使用灵活,适用于不同场合。
【专利说明】一种带有虚拟电流源的三相电能表现场校验仪

【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种电能表校验仪,尤其涉及一种带有虚拟电流源的三相电能表 现场校验仪。

【背景技术】
[0002] 目前使用的三相电能表现场校验仪功能比较多,显示内容也较丰富,但都存在一 个问题,当现场碰到无电流负载情况时就很难对电能表进行误差测试。有的厂家干脆采用 电容做负载,有的采用灯泡做实负载,负载电流和相位比较固定,且电容做负载时电流波形 也不好,无法全面地对电能表进行现场误差测试。


【发明内容】

[0003] 本实用新型主要解决当现场碰到无电流负载情况时,原有三相电能表现场校验仪 无法全面地对电能表进行现场误差测试的技术问题;提供一种带有虚拟电流源的三相电能 表现场校验仪,在用户端无电流负载情况时也能全面地对三相电能表进行现场误差测试, 并可判断电能表的现场运行情况。
[0004] 本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:本实用新型包 括三相模拟电压采样单元、三相模拟电流采样单元、多通道A/D模数转换单元、采样时序控 制单元、数据处理单元、第一通讯单元、人机界面工控板单元、键盘单元、显示单元、误差计 算单元、存IC单元、脉冲输出单元、脉冲输入单元和虚拟电流负载发生单元、虚拟电流取样 单元,三相模拟电压采样单元、三相模拟电流采样单元、采样时序控制单元及数据处理单元 分别和所述的多通道A/D模数转换单元相连,数据处理单元又分别和所述的三相模拟电压 采样单元、三相模拟电流采样单元、采样时序控制单元及人机界面工控板单元相连,人机界 面工控板单元分别和所述的键盘单元、显示单元、误差计算单元、存贮单元及第一通讯单元 相连,脉冲输出单元连接在采样时序控制单元和误差计算单元之间,脉冲输入单元和误差 计算单元相连,所述的虚拟电流负载发生单元的输入端和所述的三相模拟电压采样单元相 连,虚拟电流负载发生单元的控制端和所述的人机界面工控板单元相连,虚拟电流负载发 生单元的输出端和所述的虚拟电流取样单元的输入端相连,虚拟电流取样单元的输出端和 所述的多通道A/D模数转换单元相连。本技术方案中,和现有的电能表校验仪相比就是增 设了虚拟电流负载发生单元和虚拟电流取样单元,故其它各功能模块的工作原理在此不再 作过多描述。虚拟电流负载发生单元通过三相模拟电压采样单元中某一相电压端子取电, 经过各种处理,转换成电流信号输送给虚拟电流取样单元,并输出到安装在校验仪面板上 的电流输出端子上,将产生的电流虚拟负荷信号串接到被检三相电能表的接口,对三相电 能表进行电能误差测试。虚拟电流取样单元经CT取样和A/D转换,由校验仪内部测量板进 行测量可实时监测电压和电流信号,并将相应的测量值如频率、幅值、相位和功率等传给人 机界面工控板单元,通过显示单元进行显示。因此,在用户端无电流负载情况时也能全面地 对三相电能表进行现场误差测试,并可判断电能表的现场运行情况。
[0005] 作为优选,所述的虚拟电流负载发生单元包括电压信号取样单元、过零比较单元、 信号采集与数据处理单元、数模转换单元、功率放大单元、电流输出单元、信号反馈单元和 第二通讯单元,电压信号取样单元、过零比较单元、信号采集与数据处理单元、数模转换单 元、功率放大单元和电流输出单元依次相连,电压信号取样单元的输入端和所述的三相模 拟电压采样单元中的A相电压输入端子相连,信号采集与数据处理单元和所述的人机界面 工控板单元相连,第二通讯单元和所述的信号采集与数据处理单元相连,信号反馈单元的 输入端和所述的电流输出单元相连,信号反馈单元的输出端和所述的功率放大单元相连, 电流输出单元和所述的虚拟电流取样单元的输入端相连。电压信号取样单元通过A相电压 端子(市电)取电,并隔离转换成3V交流电压信号,经过过零比较单元产生方波信号,方波 信号分别接入信号采集与数据处理单元进行频率捕获、相位锁存和相位跟踪,根据捕获频 率对频率基准进行倍频,根据倍频频率响应中断并计算好波形数据实时向数模转换单元高 速发送数据,以合成所需要的各种波形(正弦波、各种含量谐波等),输入到功率放大单元, 功率放大单元对模拟信号进行放大,经过电流输出单元输出电流虚拟负荷信号,并通过信 号反馈单元跟踪幅值和相位。将产生的电流虚拟负荷信号串接到被检电能表接口,对电能 表进行电能误差测试。其中,功率放大单元采用集成功率运算放大器,其输出效率高,发热 量低,负载特性好,可靠性高,具有体积小、重量轻的特点,特别适合在现场设备上使用。通 过第二通讯单元接收上位机命令控制模拟信号的发生。
[0006] 虚拟电流负载发生单元的正弦波信号由信号采集与数据处理单元及数模转换单 元完成。信号采集与数据处理单元中的处理器首先将一个周波的信号分成36000点存放 在FLASH中,根据预设的相位计算相应的取点位置,从取点位置开始,每隔50点取一个波形 数据存放在内部RAM中,总共720点,相位分辨率为0. 0Γ,然后根据所设置的电流幅值大 小将720个波形点乘以一定比例的系数通过外部中断将波形数据传给数模转换单元,每中 断一次发送一个波形点数据,中断720次完成一个周波数据的发送,如此循环动作,通过数 模转换单元即可产生连续的正弦波信号。虚拟电流负载发生单元采用单量程输出,最大为 6A,幅值和相位可设,虚拟电流信号的幅值和相位可通过人机界面工控板单元控制,通过键 盘单元切换,可输出不同幅值和相位的电流。
[0007] 本实用新型三相电能表现场校验仪CPU采用ST公司的STM32F207处理器,对三相 电压、三电流信号进行同步采样,每个周波采样512点,有功功率计算方法采用常规方式进 行计算:P = U1XVU2XI2+. .U512X I512;视在功率采用插点方式计算,具体方法如下:将电 压、电流的采样数据每个数据之间插一个点,大小为两个数据的平均值,这样电压、电流一 个周波的采样数据就扩展到1024点,然后通过找电压、电流采样数据的过零点(且为同一 变化方向),将电压、电流过零点数据排第一位,其他数据按序重新排列,
[0008] 则视在功率 S = (U1X IJU2X I2+. · U應 X I應)/2,
[0009] 则无功功率

【权利要求】
1. 一种带有虚拟电流源的三相电能表现场校验仪,其特征在于包括三相模拟电压采 样单元(1)、三相模拟电流采样单元(2)、多通道A/D模数转换单元(3)、采样时序控制单元 (4)、数据处理单元(5)、第一通讯单元(6)、人机界面工控板单元(7)、键盘单元(8)、显示单 元(9)、误差计算单元(10)、存IC单元(11)、脉冲输出单元(12)、脉冲输入单元(13)和虚拟 电流负载发生单元(14)、虚拟电流取样单元(15),三相模拟电压采样单元(1)、三相模拟电 流采样单元(2)、采样时序控制单元(4)及数据处理单元(5)分别和所述的多通道A/D模 数转换单元(3)相连,数据处理单元(5)又分别和所述的三相模拟电压采样单元(1)、三相 模拟电流采样单元(2)、采样时序控制单元(4)及人机界面工控板单元(7)相连,人机界面 工控板单元(7)分别和所述的键盘单元(8)、显示单元(9)、误差计算单元(10)、存贮单元 (11)及第一通讯单元(6)相连,脉冲输出单元(12)连接在采样时序控制单元(4)和误差 计算单元(10)之间,脉冲输入单元(13)和误差计算单元(10)相连,所述的虚拟电流负载 发生单元(14)的输入端和所述的三相模拟电压采样单元(1)相连,虚拟电流负载发生单元 (14)的控制端和所述的人机界面工控板单元(7)相连,虚拟电流负载发生单元(14)的输出 端和所述的虚拟电流取样单元(15)的输入端相连,虚拟电流取样单元(15)的输出端和所 述的多通道A/D模数转换单元(3)相连。2. 根据权利要求1所述的一种带有虚拟电流源的三相电能表现场校验仪,其特征在于 所述的虚拟电流负载发生单元(14)包括电压信号取样单元(141)、过零比较单元(142)、 信号采集与数据处理单元(143)、数模转换单元(144)、功率放大单元(145)、电流输出单元 (146)、信号反馈单元(147)和第二通讯单元(148),电压信号取样单元(141)、过零比较单 元(142)、信号采集与数据处理单元(143)、数模转换单元(144)、功率放大单元(145)和电 流输出单元(146)依次相连,电压信号取样单元(141)的输入端和所述的三相模拟电压采 样单元(1)中的A相电压输入端子相连,信号采集与数据处理单元(143)和所述的人机界 面工控板单元(7)相连,第二通讯单元(148)和所述的信号采集与数据处理单元(143)相 连,信号反馈单元(147)的输入端和所述的电流输出单元(146)相连,信号反馈单元(147) 的输出端和所述的功率放大单元(145)相连,电流输出单元(146)和所述的虚拟电流取样 单元(15)的输入端相连。3. 根据权利要求2所述的一种带有虚拟电流源的三相电能表现场校验仪,其特征在于 所述的电压信号取样单元(141)包括变压器PT和运放U5,所述的过零比较单元(142)包括 运放U6、反相器U20F、反相器U20E和三极管Q3,变压器PT的输入线圈的一端经电阻Rl及 电阻R2和接口 J2的2脚相连,变压器PT的输入线圈的另一端和接口 J2的1脚相连,变压 器PT的输出线圈的两端之间连接有稳压管D1,稳压管Dl的一端和运放U5的反相输入端 相连,稳压管Dl的另一端接地AGND,运放U5的同相输入端接地AGND,运放U5的反相输入 端和运放U5的输出端之间连接有电阻R3和电容Cl的并联电路,运放U5的输出端经电阻 R4和运放U6的反相输入端相连,运放U6的反相输入端经电容C2接地AGND,运放U6的同 相输入端既经电阻R5接地AGND又经电阻R6和运放U6的输出端相连,运放U6的输出端和 二极管D2的正极相连,二极管D2的负极既经电阻R7接地DGND又和电阻R8的一端相连, 电阻R8的另一端既和反相器U20F的输入端相连又和二极管D3的负极相连,二极管D3的 正极接地DGND,反相器U20F的输出端和反相器U20E的输入端相连,反相器U20F的输出端 及反相器U20E的输出端分别和三脚跳线Jll的1脚及3脚相连,三脚跳线Jll的2脚和三 极管Q3的基极相连,三极管Q3的发射极接地DGND,三极管Q3的基极和发射极之间连接有 电阻R9,三极管Q3的集电极既经电阻RlO接电压VDD33又和所述的信号采集与数据处理单 元(143)相连。4. 根据权利要求2所述的一种带有虚拟电流源的三相电能表现场校验仪,其特征在于 所述的数模转换单元(144)包括数模转换器U3、并联稳压器U4、运放U7和运放U8,数模转 换器U3采用AD669数模转换芯片,并联稳压器U4采用TL431并联稳压器;并联稳压器U4 的1脚和电阻R12的一端相连,电阻R12的另一端,一路和所述的信号采集与数据处理单元 (143)相连,另一路经电阻Rll接地AGND,并联稳压器U4的2脚、3脚、6脚及7脚均接地 AGND,并联稳压器U4的1脚和8脚相连并且经电阻R13及电阻R14和运放U7的同相输入 端相连,电阻R13和电阻R14的并接点经电容C3和运放U7的输出端相连,运放U7的同相 输入端经电容C4接地AGND,运放U7的反相输入端,一路经电阻R15接地AGND,另一路经电 阻R16和电阻R17的并联电路和运放U7的输出端相连;数模转换器U3的1脚、2脚及3脚 分别接电压-12V、电压+12V及电压5V,数模转换器U3的4脚及5脚均接地DGND,数模转换 器U3的6脚?22脚分别和所述的信号采集与数据处理单元(143)相连,数模转换器U3的 23脚和三脚跳线J8的2脚相连,三脚跳线J8的1脚及3脚分别连到所述的信号采集与数 据处理单元(143),数模转换器U3的24脚接地AGND,数模转换器U3的26脚和28脚之间 连接有可调电阻VR2,数模转换器U3的27脚和28脚之间连接有电阻R18,数模转换器U3 的25脚经电阻R21和运放U8的反相输入端相连,运放U8的同相输入端接地AGND,运放U8 的反相输入端和输出端之间连接有电阻R19、电阻R20和电容C5的并联电路,运放U7的输 出端及运放U8的输出端分别和所述的功率放大单元(145)的输入端相连。5. 根据权利要求2或3或4所述的一种带有虚拟电流源的三相电能表现场校验仪,其 特征在于所述的电流输出单元(146)包括升流器Sl和反馈互感器S2,所述的信号反馈单元 (147)包括变压器PTl和运放U9,升流器Sl的输入线圈的两端分别和所述的功率放大单元 (145)的输出端相连,升流器Sl的输出线圈的一端和反馈互感器S2的输入线圈的一端相 连,升流器Sl的输出线圈的另一端及反馈互感器S2的输入线圈的另一端和校验仪的电流 输出端子及所述的虚拟电流取样单元(15)的输入端相连,反馈互感器S2的输出线圈的两 端分别和变压器PTl的输入线圈的两端相连,变压器PTl的输出线圈的两端之间连接有稳 压管D8,稳压管D8的一端接地,稳压管D8的另一端和运放U9的反相输入端相连,运放U9 的反相输入端和运放U9的输出端之间连接有电阻R43和电容C15的并联电路,运放U9的 同相输入端接地,运放U9的输出端和所述的功率放大单元(145)相连。
【文档编号】G01R35-04GK204269808SQ201420715109
【发明者】袁建香 [申请人]浙江涵普电力科技有限公司

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