專利名稱：一種虛負荷電流源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電氣技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種虛負荷電流源。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)中所有用電設(shè)備所耗用的功率簡稱負荷。負荷因其用途或供電條件等的 不同，種類比較繁多。對用電設(shè)備而言呈現(xiàn)的負荷特性無非是阻性、感性、容性。電力仿真 實訓(xùn)系統(tǒng)中通常所采用的負荷為阻性(電阻器或電爐絲)負荷。這種負荷為恒定值，負荷 不能實現(xiàn)自動變化，要依靠造價昂貴的三相電源信號發(fā)生器來實現(xiàn)電流變化，這種負荷在 使用中會產(chǎn)生很高的高溫。特別是功率越大溫度越高，如果系統(tǒng)中使用多臺這種負荷，那么 所產(chǎn)生的熱量就是很大的。散熱成為最大的難題，且可能會造成其它設(shè)備因受熱量的影響 而無法正常工作。另外，為了更好的模擬電力系統(tǒng)運行設(shè)備的真實情況，必須具有有功、無 功特性，為此還需要增加感性和容性負荷，而這種負荷設(shè)備龐大，造價極高，非常不經(jīng)濟。學(xué) 員在培訓(xùn)時，一次帶電，學(xué)員在操作時，尤其不懂安全用電的情況下，給他們的安全帶來一 定的危險，也給培訓(xùn)教師增加培訓(xùn)風(fēng)險，學(xué)員的培訓(xùn)效果往往受到影響，一般未達到培訓(xùn)效 果，并且在培訓(xùn)過程中增加電量的消耗，不利于節(jié)能，做不到經(jīng)濟。因此，在電力教學(xué)培訓(xùn)中，教師為保證學(xué)員的安全，在不帶電的情況下，僅能給學(xué) 員講授一些操作要點和規(guī)范，從根本上，未達到國家電力培訓(xùn)規(guī)范的要求，學(xué)員只能了解到 書面上的知識，與電力運行現(xiàn)場實際相差甚遠，為以后的工作埋下隱患。針對以上情況，為 了使學(xué)員得到電力真實的場景，該裝置模擬出實際電力現(xiàn)場的工況，且使一次回路不帶電， 學(xué)員可根據(jù)操作規(guī)范和故障，一對一的了解和學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)常見故障和操作，真正認識到 電力系統(tǒng)的運行過程，經(jīng)濟性和節(jié)能性非常顯著。

實用新型內(nèi)容本實用新型提供了一種新的虛負荷電流源。該電流源徹底解決了現(xiàn)有技術(shù)負荷產(chǎn) 生高溫的問題，同時還具有阻性、感性、容性負荷的特征。使系統(tǒng)設(shè)備更加簡化，縮小了龐大 的系統(tǒng)設(shè)備，使系統(tǒng)的造價更低，更經(jīng)濟，節(jié)能環(huán)保。本實用新型采用如下技術(shù)方案一種虛負荷電流源，包括控制器和虛負荷，其中所述控制器用于把輸入的直流信 號轉(zhuǎn)換為三相交流信號，所述虛負荷包括阻性負載組、感性負載組和容性負載組，所述虛負 荷連接所述三相交流信號輸出0-5A電流。所述的虛負荷電流源，其中，所述控制器包括前置放大處理模塊、邏輯分析處理模 塊、振蕩器模塊、分頻模塊、三個驅(qū)動模塊、光隔驅(qū)動模塊和微處理器，將對應(yīng)的4_20mA直 流信號輸入到前置放大處理模塊，在前置放大處理模塊中經(jīng)A/D變換、線性化矯正、信號放 大處理后產(chǎn)生一個0-5V電壓信號；此信號輸入到邏輯分析處理模塊，在邏輯分析處理模塊 中完成異或門鎖相環(huán)鎖定，然后輸出到振蕩器模塊，該信號與振蕩器模塊產(chǎn)生的50Hz信號 進行相位比較，比較后信號送到分頻模塊，在分頻模塊中完成三相裂相；分頻模塊輸出信號分別輸入到三個驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊輸出0-1. 6V可變直流電壓到光隔驅(qū)動模塊；光隔驅(qū)動 模塊輸出兩路電壓信號，一路電壓信號進入光隔離相位檢測模塊，由光隔離相位檢測模塊 完成自動判別相位、缺相和快熔斷路檢測；光隔離相位檢測模塊一路接三相電壓輸入中的 一相工頻信號，所述工頻信號也通過相位檢測模塊經(jīng)過總線傳輸給微處理器模塊，實現(xiàn)各 個單元和三相交流電源的頻率同步；光隔離相位檢測模塊另外一路接可控硅導(dǎo)通角的控制 端，當被控的可控硅導(dǎo)通角發(fā)生變化時，在可控硅輸出端U、V、W端產(chǎn)生變化的電壓信號，該 信號輸出給虛負荷。所述的虛負荷電流源，其中，還包括有485通訊口，通過所述485通訊口與上位計 算機連接。1)采用可控硅三相調(diào)壓/周波控制，應(yīng)用鎖相環(huán)同步電路-微處理器-可控硅調(diào) 壓/周波調(diào)功技術(shù)，采用中心門極可控硅和直流可變脈寬觸發(fā)，通過SRR信號控制器，在輸 入信號的控制下，產(chǎn)生周期過零式和周波過零式的輸出，實現(xiàn)由功能強大的微處理器控制 驅(qū)動模塊、通過光隔驅(qū)動組件輸出對感性B、容性C、阻性R負載組的控制。2)根據(jù)電磁感應(yīng)原理，采用變壓器和互感器器件，通過變流和電氣隔離作用，將采 集的控制信號和輸出負荷之間巧妙的連接(詳見圖1中控制器的輸出和虛負荷輸入部分)。 虛負荷由R1-R4形成阻性負載組、Bi、Cl和B2、C3形成感性負載組、Cl、C2形成容性負載 組。感性、容性、阻性負載組的結(jié)合，使得虛負荷具有感性、容性的特性。例如當采用電度 表測量時，將L1-L3三相380VAC輸入電壓和虛負荷輸出的三相0-5A輸出電流信號連接到 電度表后，就可在電度表上顯示電流、電壓、有功、無功、電度量數(shù)值。3)通過上位計算機對某路信號模擬產(chǎn)生電力負荷常見的故障、控制回路故障、現(xiàn) 場運行環(huán)境變化，電力系統(tǒng)停、送電、倒閘操作。此信號輸入到虛負荷電流源的4-20MA信號 輸入端，就將在虛負荷電流源的輸出觀察到該信號的變化情況。4)主要技術(shù)指標輸入信號4-20mADC ；輸入電源380V/AC三相；輸出電流0_5A/AC三相。5)裝置采用模塊化設(shè)計通過改變電氣元件參數(shù)或部件的設(shè)置，可改變系統(tǒng)功能 和不同的系統(tǒng)應(yīng)用。6)通訊本裝置配有485通訊口，通過MODBUS規(guī)約可實現(xiàn)遠方通訊，通過遠方上 位計算機還可實現(xiàn)對本裝置的各種參數(shù)進行遠方測量、查詢、數(shù)據(jù)修改和操作。7)機械結(jié)構(gòu)電氣元件安裝緊湊，體積較小，便于機柜內(nèi)部安裝和維護。由變壓器、互感器、可調(diào)式阻性組、容性負荷、感性負載組成的虛負荷組件。解決了 原有純阻性負荷所產(chǎn)生的高溫、體積大、功率大問題。實現(xiàn)電力仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的虛負荷電流 源更加實用、簡潔。減小了系統(tǒng)設(shè)備，經(jīng)濟性提高。

圖1是本實用新型虛負荷電流源電氣原理結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例，對本實用新型進行詳細說明。本實用新型公開了一種虛負荷電流源裝置，其包括控制器和虛負荷兩大組成單元。實施例1控制器工作原理本實用新型中控制器用于把輸入的小電流直流信號轉(zhuǎn)換為三相交流信號，實現(xiàn)這 一功能的控制器方案較多，本實施例僅舉一例說明，如圖1所示，前端部分為控制器的原理 框圖，這部分是虛負荷電流源中把輸入的直流信號轉(zhuǎn)換為三相交流信號的部分，是為后面 作為核心的虛負荷電路服務(wù)的。上位機根據(jù)系統(tǒng)運行工況，比如需要模擬的某電動機的開關(guān)已合閘并產(chǎn)生工作電 流，需要將一個對應(yīng)的信號量送入虛電源的輸入端由它來產(chǎn)生一個供表計顯示的三相交流 電流，就可以將對應(yīng)的4-20mA直流信號輸入到前置放大處理模塊，在此模塊中經(jīng)A/D變換、 線性化矯正、信號放大處理后產(chǎn)生一個0-5V電壓信號。此信號輸入到邏輯分析處理模塊， 在此模塊中完成異或門鎖相環(huán)鎖定，然后輸出到振蕩器模塊，該信號與振蕩器模塊產(chǎn)生的 50Hz信號進行相位比較，比較后信號送到分頻模塊，在分頻模塊中完成三相裂相(這個三 相交流信號取自于380V三相交流電源輸入)。分頻模塊輸出信號分別輸入到三個控制三相 的驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊輸出0-1. 6V可變直流電壓到光隔驅(qū)動模塊。光隔驅(qū)動模塊輸出兩路 電壓信號，一路電壓信號進入光隔離相位檢測電路，由它完成自動判別相位、缺相和快熔斷 路檢測。圖1中L1-L3為三相電壓輸入，F(xiàn)U1-FU3為三相輸入電源的快熔保險，M為裝置電 源指示燈。在可控硅的接口端子中，R表示三相電壓中的一相輸入，G1、G2為可控硅的控制 端。光隔離相位檢測模塊輸出接三相電壓輸入中的一相，這個工頻信號也通過相位檢測模 塊依靠總線返送給處理器模塊，實現(xiàn)各個單元和三相交流電源的頻率同步。光隔驅(qū)動輸出 的另外一路接可控硅導(dǎo)通角的控制端Gl、G2，當被控的可控硅導(dǎo)通角(Gl、G2端)發(fā)生變 化時，在可控硅輸出端U、V、W端產(chǎn)生變化的電壓信號，該電壓信號輸出給虛負荷的輸入?？刂破髦械奈⑻幚砥髂K是整個控制器的核心，微處理器是一個中央處理器，由 算術(shù)邏輯部件，累加器和通用寄存器組，程序計數(shù)器，時序和控制邏輯部件，內(nèi)部總線等組 成。它根據(jù)從直流4-20MA輸入電路來的信號及相位檢測模塊反饋來的三相交流信號，經(jīng)過 分析運算后，發(fā)出指令給振蕩、分頻等相關(guān)模塊，通過它們產(chǎn)生和三相工頻電源同步的控制 信號給可控硅驅(qū)動的相關(guān)電路，最終得到所需要的三相輸出電流。在整個控制過程中，微處 理器不斷地對輸入信號及三相電源信號進行自動分析處理，確保在虛負荷電流源的輸出端 得到所需的電流值。實施例2本實施例提供一種虛負荷的工作原理如圖1所示，后端部分為虛負荷的原理框圖，虛負荷由R1-R4形成阻性負載組、Bi、 Cl和B2、C3形成感性負載組、Cl、C2形成容性負載組。感性、容性、阻性負載組的結(jié)合，使 得虛負荷具有感性、容性的特性。巧妙地利用變壓器將控制器驅(qū)動的可控硅輸出信號進行 變換，帶動可調(diào)阻性負載組、容性負荷、感性負載組成的虛負荷組件，再通過互感器后，輸出 0-5A電流信號。通過各元件的合理搭配，實現(xiàn)了在滿足提供負載所需電流的同時，最大限度 地減少了虛負荷電流源電路自身的功率消耗。[0031]在使用時，1、可將三相0-5A電流信號作為系統(tǒng)負荷電流顯示。2、可將三相0-5A 電流信號和三相輸入電壓一起輸入到電度表作為系統(tǒng)負荷耗電量、有功、無功計量。3、可作 為教學(xué)設(shè)備實現(xiàn)對電度表校驗。由變壓器、互感器、阻性元件組、容性負荷、感性負載組成的虛負荷組件。解決了原 有純阻性負荷所產(chǎn)生的高溫、體積大、功率大問題。實現(xiàn)電力仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的虛負荷電流源 更加實用、簡潔。減小了系統(tǒng)設(shè)備，經(jīng)濟性提高。實施例3本實施例中的虛負荷電流源還包括有485通訊口，通過MODBUS規(guī)約可實現(xiàn)遠方通 訊，通過遠方上位計算機實現(xiàn)對所述虛負荷電流源的各種參數(shù)進行遠方測量、查詢、數(shù)據(jù) 修改和操作。應(yīng)當理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換， 而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本實用新型所附權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種虛負荷電流源，其特征在于，包括控制器和虛負荷，其中所述控制器用于把輸入 的直流信號轉(zhuǎn)換為三相交流信號，所述虛負荷包括阻性負載組、感性負載組和容性負載組， 所述虛負荷連接所述三相交流信號輸出0-5A電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛負荷電流源，其特征在于，所述控制器包括前置放大處理 模塊、邏輯分析處理模塊、振蕩器模塊、分頻模塊、三個驅(qū)動模塊、光隔驅(qū)動模塊和微處理 器，將對應(yīng)的4-20mA直流信號輸入到前置放大處理模塊，在前置放大處理模塊中經(jīng)A/D變 換、線性化矯正、信號放大處理后產(chǎn)生一個0-5V電壓信號；此信號輸入到邏輯分析處理模 塊，然后輸出到振蕩器模塊，該信號與振蕩器模塊產(chǎn)生的50Hz信號進行相位比較，比較后 信號送到分頻模塊；分頻模塊輸出信號分別輸入到三個驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊輸出0-1. 6V可 變直流電壓到光隔驅(qū)動模塊；光隔驅(qū)動模塊輸出兩路電壓信號，一路電壓信號進入光隔離 相位檢測模塊，由光隔離相位檢測模塊完成自動判別相位、缺相和快熔斷路檢測；光隔離相 位檢測模塊一路接三相電壓輸入中的一相工頻信號，所述工頻信號也通過相位檢測模塊經(jīng) 過總線傳輸給微處理器模塊；光隔驅(qū)動模塊另外一路接可控硅導(dǎo)通角的控制端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的虛負荷電流源，其特征在于，還包括有485通訊口，通過 所述485通訊口與上位計算機連接。
專利摘要本實用新型公開了一種虛負荷電流源，包括控制器和虛負荷，其中所述控制器用于把輸入的直流信號轉(zhuǎn)換為三相交流信號，所述虛負荷包括阻性負載組、感性負載組和容性負載組，所述虛負荷根據(jù)所述三相交流信號輸出0-5A電流。巧妙地利用變壓器和互感器的配合，將控制器驅(qū)動的可控硅輸出信號進行變換，解決了原有純阻性負荷所產(chǎn)生的高溫、體積大、功率大問題。實現(xiàn)電力仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的虛負荷電流源更加實用、簡潔。減小了系統(tǒng)設(shè)備，經(jīng)濟性提高。
文檔編號H02J13/00GK201904736SQ201020519949
公開日2011年7月20日 申請日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者劉功平, 劉博 , 劉寧, 方暉, 李秉源, 王天蒼 申請人:王天蒼, 秦川電站儀表廠