CN102890256A - 一种故障电流模拟器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种故障电流模拟器，包括电流发生器、第一可控开关、第二可控开关、测试线圈及滑动变阻器，第一可控开关与滑动变阻器相互串联形成第一支路，第二可控开关与测试线圈相互串联形成第二支路，第一支路与所述第二支路分别与所述电流发生器并联；还包括一个控制器及与所述控制器电连接的电子计数器，所述控制器用于周期性控制第一可控开关及第二可控开关的开闭，并在完成一个周期的控制时，控制电子计数器的计数增加一次。整个故障电流模拟器使用现有的电子元器件组成，成本低廉，而且操作简单，同时方便了对测试产品进行故障模拟测试次数的控制，更加有利于对所需测试产品进行全面测试。

Description

一种故障电流模拟器及其工作方法

技术领域

本发明属于仿真模拟领域，尤其涉及一种故障电流模拟器及其工作方法。

背景技术

在很多产品的开发过程中，对产品进行检测，是保证产品是否符合规定的最后一道屏障，通过相关的检测手段即可得知所开发的产品是否合格。在某些电力产品的开发中，检测的步骤更是不可或缺，需要通过检测确定所述电力产品各项性能参数合格后才能将其安装到电力系统中进行工作，如若将不合格的电力产品在电力系统中进行使用的话，轻则导致停电故障，重则导致重大电力事故甚至人员伤亡事故。

目前，电力公司开发的很多电力产品是安装到电力系统中，用于监测电力系统中的电流故障情况，如故障指示器等电力产品，安装到所述电力系统中，用于监测电力系统中的故障电流，像这类产品出厂前，会对其做一些故障电流模拟的检测和测试，确定其是否合格。现有的对该类产品进行故障电流模拟测试的工具通常使用继电保护测试仪，而继电保护测试仪输出故障电流的操作比较麻烦，而且测试过程耗费时间太长，且不能显示对产品的测试次数，不利于对产品测试过程的数据记录。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中对电力产品进行故障电流模拟测试操作麻烦，测试时间长，不能显示测试次数的技术问题，提供一种故障电流模拟器，可简单实现故障电流的模拟，操作简单，而且整个测试过程能够记录故障电流的测试次数。

本发明提供一种故障电流模拟器，该故障电流模拟器包括电流发生器、第一可控开关、第二可控开关、测试线圈及滑动变阻器，所述第一可控开关与所述滑动变阻器相互串联形成第一支路，所述第二可控开关与测试线圈相互串联形成第二支路，所述第一支路与所述第二支路分别与所述电流发生器并联；

所述故障电流模拟器还包括一个控制器及与所述控制器电连接的电子计数器，所述控制器用于周期性控制第一可控开关及第二可控开关的开闭，并在完成一个周期的控制时，控制电子计数器的计数增加一次。

进一步地，所述控制器在一个周期内的控制模式包括：

模式一：控制第一可控开关、第二可控开关同时处于闭合状态，测试线圈中流过的电流

模式二：控制第一可控开关处于断开状态，第二可控开关处于闭合状态，测试线圈中流过的电流I_c＝I；

模式三：控制第一可控开关、第二可控开关同时处于断开状态，测试线圈中流过的电流I_c=0；

其中，I为电流发生器发出的电流，R为滑动变阻器接入电路中的电阻，R_c为测试线圈的电阻。

进一步地，所述第一可控开关及第二可控开关为电磁继电器。

进一步地，所述控制器包括一直流电源、第一开关控制装置、及第二开关控制装置，第一开关控制装置、第二开关控制装置及电子计数器分别与该直流电源电连接。

进一步地，所述第一开关控制装置及第二开关控制装置分别为电磁线圈，每个电磁线圈的两端分别与直流电源并联。

本发明还提供一种故障电流模拟器的工作方法，所述故障电流模拟器包括电流发生器、第一可控开关、第二可控开关、测试线圈及滑动变阻器，所述第一可控开关与所述滑动变阻器相互串联形成第一支路，所述第二可控开关与测试线圈相互串联形成第二支路，所述第一支路与所述第二支路分别与所述电流发生器并联；

所述故障电流模拟器还包括一个控制第一可控开关及第二可控开关的断开或闭合的控制器及一个电子计数器；所述工作方法包括：

控制器周期性控制第一可控开关及第二可控开关的断开或闭合，并在完成一个周期的控制时，控制电子计数器的计数增加一次

进一步地，所述工作方法具体包括以下步骤；

步骤S100，控制器控制一直流电源为电子计数器供电并控制电子计数器的计数复位清零；

步骤S200，控制器控制第一可控开关及第二可控开关同时闭合，测试线圈中流过的电流

并将该模式持续预设时间t1;

步骤S300，控制器控制第一可控开关断开，测试线圈中流过的电流I_c＝I，并将该模式持续预设时间t2;

步骤S400，控制器控制第二可控开关断开，测试线圈中流过的电流I_c=0，并将该模式持续预设时间t3；

步骤S500，控制器控制电子计数器的计数增加一次，并判断电子计数器的计数是否达到预设计数值，若是，步骤结束；如否，返回步骤S200；

其中，I为电流发生器发出的电流，R为滑动变阻器接入电路中的电阻，R_c为测试线圈的电阻。

进一步地，所述控制器包括一直流电源、第一开关控制装置、及第二开关控制装置，所述周期性控制第一可控开关及第二可控开关断开或闭合具体为：将所述第一开关控制装置及第二开关控制装置与所述直流电源电连接，并控制该直流电源对所述第一开关控制装置及第二开关控制装置进行断电或通电操作。

进一步地，所述控制电子计数器的计数增加一次具体为：对电子计数器停止供电，然后再对其重新供电一次。

进一步地，在所述步骤S200中包括：

控制调节滑动变阻器接入电路中的电阻值的大小，调整该模式下测试线圈中的电流I_c大小。

以上所述技术方案，通过两个可控开关、一个测试线圈、一个滑动变阻器、一个电流发生器、一个控制器及一个电子计数器组成一个故障电流模拟器，并通过周期性控制两个可控开关的开闭实现流经测试线圈的电流的故障模拟，并通过电子计数器实现对其故障电流循环次数的计数，增加了产品测试过程中的测试数据的直观性，整个故障电流模拟器使用现有的电子元器件组成，成本低廉，而且操作简单，同时方便了对测试产品进行故障模拟测试次数的控制，更加有利于对所需测试产品进行全面测试。

附图说明

图1是本发明故障电流模拟器一种实施例的结构示意图；

图2是本发明故障电流模拟器另一种实施例的结构示意图；

图3是本发明故障电流模拟器一种实施例的工作方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，示出了本发明一种实施例的故障电流模拟器，包括电流发生器1，该电流发生器具有AC和NC端，可用于产生并输出一定大小的交流电流I，这里所述的电流发生器的AC端是指电流发生器的交流电流的发出端，NC端是指电流发生器的交流电流流入端，一般指接地端。还包括滑动变阻器、第一可控开关K1、第二可控开关K2及测试线圈C，滑动变阻器与第一可控开关K1相互串联连接形成第一支路，测试线圈C与第二可控开关K2相互串联连接形成第二支路，所述第一支路与第二支路并接后连接在电流发生器的两端。测试线圈C用于模拟故障电流，模拟故障电流的大小即为：流经测试线圈C的电流值*测试线圈C的匝数。测试线圈C即为待测产品的安装部位，如果待测产品为故障指示器，直接将故障指示器卡在该测试线圈C上进行测试，如若待测产品为其他电力产品，可根据相应的测试说明进行待测产品的安装。

在图1中，电流发生器1的AC端连接到滑动变阻器的A接点，第一可控开关K1的一端与滑动变阻器的B接点连接，第一可控开关K1的另一端连接所述电流发生器1的NC端，这样，电流发生器1、滑动变阻器及第一可控开关K1形成一个回路；同样，电流发生器的AC端又连接到所述第二可控开关K2的一端，第二可控开关K2的另一端与测试线圈C的一端连接，测试线圈C的另一端连接到所述电流发生器的NC端，这样，电流发生器1、第二可控开关K2及测试线圈C形成另一个回路。以上所述电路的连接方式并不局限于一种方式，每个支路中的元器件可以相互之间互换位置形成其他形式的电路连接方式，但实质功能与上述电路是一样的。

所述故障电流模拟器还包括一个控制器3和一个电子计数器2，电子计数器2与控制器3电连接，控制器3可控制电子计数器2的计数显示进行变化，如控制电子计数器2的计数进行复位清零，或控制电子计数器2的计数累计加1。优选地，控制器3可以控制一个直流电源31给所述电子计数器2进行通电、断电操作，实现对其计数的控制。当故障电流模拟器开始工作后，控制直流电源31给所述电子计数器2进行供电，当完成一个周期的故障电流模拟时，控制直流电源31停止给所述电子计数器2供电，然后在下一个故障电流模拟的周期开始时控制直流电源31给所述电子计数器2重新供电，因电子计数器2重新上电一次，所显示的计数就会增加一次。除此之外，控制器3还用于控制第一可控开关K1及第二可控开关K2的控制端，通过对第一可控开关K1及第二可控开关K2控制端的控制可以实现对第一可控开关K1及第二可控开关K2断开及闭合的控制操作。

在以上所述的实施例中，所述控制器3用于周期性控制第一可控开关K1及第二可控开关K2的开、闭，并在完成一个周期的控制时，控制电子计数器2的计数增加一次，通过控制电子计数器2的计数显示，可以清楚得知对所述待测产品已经进行多少次故障电流的模拟测试，便于对整个测试过程的数据进行记录。这里所述的对所述待测产品进行一次故障电流的模拟测试是指对待测产品进行一个周期的电流故障模拟测试。

所述控制器3用于周期性控制第一可控开关K1及第二可控开关K2的开、闭的过程包括了三种控制模式：

假设电流发生器1产生及输出的电流大小为I，测试线圈C的匝数为N

模式一：通过控制第一可控开关K1的控制端及第二可控开关K2的控制端，控制第一可控开关K1、第二可控开关K2同时处于闭合状态，此时，因第一可控开关K1及第二可控开关K2都处于闭合状态，则上面所述的由滑动变阻器及第一可控开关K1组成的第一支路，由测试线圈C及第二可控开关K2组成的第二支路同时工作，并对电流发生器1输出的电流I进行分流，每一条支路所分得的电流的大小与所述支路的电阻成反比，这里设定滑动变阻器接入电路中的电阻值为R，当然该电阻值R是可调的，设定测试线圈C的自身电阻为R_c，那么根据电路的特性可以算得所述测试线圈中流过的电流那么此时测试线圈上产生的故障电流即为

该电流值I_c可以通过调整滑动变阻器接入电路中电阻R的大小而对其进行调整。

模式二：通过控制第一可控开关K1的控制端及第二可控开关K2的控制端，控制第一可控开关K1处于断开状态，第二可控开关K2处于闭合状态；此时，由于第一可控开关K1断开，第二可控开关K2闭合，电流发生器1产生的电流I都流经由第二可控开关K2及测试线圈C组成的第二支路，因此测试线圈C中流过的电流I_c＝I，此时测试线圈C中所产生的模拟故障电流的大小为I*N。

模式三：通过控制第一可控开关K1的控制端及第二可控开关K2的控制端，控制第一可控开关K1、第二可控开关K2同时处于断开状态，此时，由于第一可控开关K1及第二可控开关K2同时处于断开状态，由滑动变阻器及第一可控开关K1组成的第一支路、由测试线圈C及第二可控开关K2组成的第二支路同时停止工作，处于断路状态，此时测试线圈C中流过的电流I_c=0，测试线圈C中所产生的模拟故障电流的大小为0。

以上所述实施例即为该故障电流模拟器模拟的三种故障电流，模式一、模式二及模式三依次进行，组成故障电流模拟的一个周期。同时，由于模式一中，滑动变阻器接入电路中的电阻值可以进行自由调整，从而可以使得第二支路中的电流可在一个较大的范围内进行调整，所模拟的故障电流范围比较广，因此可实现对多种电力产品的模拟故障电流的测试。

以上所述实施例中，为了保证能够产生正常的故障模拟电流，所述滑动变阻器应该选额定功率尽可能大的，优选地，滑动变阻器的额定功率应该满足P_额＞I*I*滑动变阻器的最大阻值，因此滑动变阻器的最大阻值应小于

作为本发明另一种优选的实施例，如图2所示，所述第一可控开关K1、第二可控开关K2优选采用电磁继电器，当然也可采用其他类型的可控开关，只要能够实现对其的自动控制就可以。所述控制器3内部包括一直流电源31，第一开关控制装置及第二开关控制装置，第一开关控制装置、第二开关控制器装置及电子计数器的控制端分别与该直流电源电连接。所述直流电源31在控制器3的控制下可以给第一开关控制装置、第二开关控制装置及电子计数器2供电。控制器3可通过控制直流电源31对所述第一开关控制装置及第二开关控制装置进行断电或通电操作实现对第一可控开关K1及第二可控开关K2的断开或闭合操作。本实施例中，第一开关控制装置、第二开关控制装置都为电磁线圈，电磁线圈S1与电磁线圈S2分别与直流电源31电连接，当控制器3控制直流电源31为电磁线圈S1供电时，第一可控开关K1闭合，当控制直流电源31为电磁线圈S1停止供电时，第一可控开关K1断开；同理，当控制器3控制直流电源31为电磁线圈S2供电时，第二可控开关K2闭合，当控制直流电源31为电磁线圈S2停止供电时，第二可控开关K2断开。优选地，所述直流电源31也可设置在控制器3的外部，只要能够实现控制器3对其的控制可以为第一可控开关K1、第二可控开关K2及电子计数器2供电即可。

当控制器3控制直流电源31重新给所述电子计数器2供电时，电子计数器显示的计数增加一次，本实施中，对故障电流模拟的一个周期过程为：

模式一：控制器3控制直流电源31为电磁线圈S1及电磁线圈S2供电，第一可控开关K1、第二可控开关K2同时处于闭合状态，同时控制器3控制直流电源31为电子计数器2供电，此时电子计数器2的计数显示可调整为零。此时，因第一可控开关K1及第二可控开关K2都处于闭合状态，所述测试线圈C中流过的电流

那么此时测试线圈上产生的故障电流即为

模式二：紧跟模式一，控制器3再控制直流电源31停止为电磁线圈S1供电，第一可控开关K1处于断开状态，第二可控开关K2仍处于闭合状态；此时，由于第一可控开关K1断开，第二可控开关K2闭合，测试线圈C中流过的电流I_c＝I，此时测试线圈C中所产生的模拟故障电流的大小为I*N。

模式三：紧跟模式二，控制器3又控制直流电源31停止为电磁线圈S2供电，第二可控开关K2也处于断开状态，由于第一支路和第二支路同时停止工作，处于断路状态，此时测试线圈中流过的电流I_c=0，测试线圈C中所产生的模拟故障电流的大小为0。

以上三个模式组成本实施例中故障电流模拟的一个周期，其中，I为电流发生器发出的电流，R为滑动变阻器接入电路中的电阻，R_c为测试线圈的电阻。

本发明所提供的故障电流模拟器的具体工作方法如下：在故障电流模拟器开始工作前，要先将被测产品安装到测试线圈C上，这里所述的工作方法是指所有的准备工作就绪后故障电流模拟器的工作步骤。

如图3所示，该故障指示器的一种实施例的工作步骤包括：

步骤S100，首先控制一直流电源为电子计数器2供电并复位清零，使得电子计数器做好计数的准备。

步骤S200，通过控制第一可控开关K1及第二可控开关K2同时闭合，第一支路和第二支路同时工作分流，测试线圈中流过的电流产生的模拟故障电流为

并将该模式持续预设时间t1;

步骤S300，然后控制第一可控开关K1断开，因此时未对第二可控开关K2进行任何控制操作，第二可控开关K2仍处于闭合状态，第一支路停止工作，第二支路继续工作，此时测试线圈中流过的电流I_c＝I，该模式下产生的模拟故障电流为I*N，并将该模式持续预设时间t2;

步骤S400，控制第二可控开关K2断开，此时，由于第二可控开关K2断开，第二支路也停止工作，处于断路状态，测试线圈中流过的电流I_c=0，并将该模式持续预设时间t3；

步骤S500，控制电子计数器的计数增加一次，并判断电子计数器的计数是否达到预设计数值，若是，步骤结束；如否，返回步骤S200；对不同电子产品的测试，所需故障电流模拟的次数是不同的，在测试开始前可对电子计数器进行设置，当其计数达到预设值时就停止对待测产品的故障电流模拟，并结束测试的相关流程，如果在每次控制电子计数器计数增加一次之后，电子计数器的计数并没有达到所述预设值，则返回步骤S200进入下一个故障电流的模拟周期。

本实施例的以上操作步骤中，对第一可控开关K1及第二可控开关K2的控制是分别通过对其控制装置的控制实现的，控制直流电源为其控制装置通电，可以实现对第一可控开关K1及第二可控开关K2的闭合操作，控制直流电源停止为其控制端供电，可以实现对第一可控开关K1及第二可控开关K2的断开操作。而且，由于在对不同产品的测试过程中，每种模式下产生的故障电流的测试时间不一样，因此每种模式都需要维持一定的时间，本实施例的工作方法中所涉及的时间t1、t2及t3都可以根据具体待测产品的测试要求在控制器中进行设定。

以上步骤S200至步骤S400，为故障电流模拟的一个周期，每完成一个周期的故障模拟电流的输出就会控制电子计数器的计数增加自动增加一次，即通过周期性控制第一可控开关K1及第二可控开关K2的断开或闭合来完成故障电流的模拟，并在完成一个周期的控制时，控制电子计数器的计数增加一次。

优选地，控制电子计数器2计数增加一次的具体方法为：控制所述直流电源对电子计数器2停止供电，然后再控制对其重新供电一次。

上面实施例中所述工作方法，不仅能够实现故障电流的模拟，而且在故障电流的模拟过程中，能够通过调整滑动变阻器的接入电路中的阻值调整所模拟的故障电流的大小，做到可变故障电流的模拟，同时通过电子计数器的计数显示，可以很直观的得到待测产品的测试情况以及已经对其完成的测试次数，有利于对测试过程中各个测试数据的分析。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种故障电流模拟器，其特征在于，该故障电流模拟器包括电流发生器、第一可控开关、第二可控开关、测试线圈及滑动变阻器，所述第一可控开关与所述滑动变阻器相互串联形成第一支路，所述第二可控开关与测试线圈相互串联形成第二支路，所述第一支路与所述第二支路分别与所述电流发生器并联；

所述故障电流模拟器还包括一个控制器及与所述控制器电连接的电子计数器，所述控制器用于周期性控制第一可控开关及第二可控开关的开闭，并在完成一个周期的控制时，控制电子计数器的计数增加一次。

2.根据权利要求1所述的故障电流模拟器，其特征在于，所述控制器在一个周期内的控制模式包括：

模式一：控制第一可控开关、第二可控开关同时处于闭合状态，测试线圈中流过的电流 

模式二：控制第一可控开关处于断开状态，第二可控开关处于闭合状态，测试线圈中流过的电流I_c＝I；

模式三：控制第一可控开关、第二可控开关同时处于断开状态，测试线圈中流过的电流I_c=0；

其中，I为电流发生器发出的电流，R为滑动变阻器接入电路中的电阻，R_c为测试线圈的电阻。

3.根据权利要求2所述的故障电流模拟器，其特征在于，所述第一可控开关及第二可控开关为电磁继电器。

4.根据权利要求3所述的故障电流模拟器，其特征在于，所述控制器包括一直流电源、第一开关控制装置及第二开关控制装置，第一开关控制装置、第二开关控制器装置及电子计数器分别与该直流电源电连接。

5.根据权利要求4所述的故障电流模拟器，其特征在于，所述第一开关控制装置及第二开关控制装置分别为电磁线圈，每个电磁线圈的两端分别与直流 电源并联。

6.一种故障电流模拟器的工作方法，其特征在于，所述故障电流模拟器包括电流发生器、第一可控开关、第二可控开关、测试线圈及滑动变阻器，所述第一可控开关与所述滑动变阻器相互串联形成第一支路，所述第二可控开关与测试线圈相互串联形成第二支路，所述第一支路与所述第二支路分别与所述电流发生器并联；

所述故障电流模拟器还包括一个控制第一可控开关及第二可控开关的断开或闭合的控制器及一个电子计数器；所述工作方法包括：

控制器周期性控制第一可控开关及第二可控开关的断开或闭合，并在完成一个周期的控制时，控制电子计数器的计数增加一次。

7.根据权利要求6所述的故障电流模拟器的工作方法，其特征在于，所述工作方法具体包括以下步骤；

步骤S100，控制器控制一直流电源为电子计数器供电并控制电子计数器的计数复位清零；

步骤S200，控制器控制第一可控开关及第二可控开关同时闭合，测试线圈中流过的电流 

并将该模式持续预设时间t1;

步骤S300，控制器控制第一可控开关断开，测试线圈中流过的电流I_c＝I，并将该模式持续预设时间t2;

步骤S400，控制器控制第二可控开关断开，测试线圈中流过的电流I_c=0，并将该模式持续预设时间t3；

步骤S500，控制器控制电子计数器的计数增加一次，并判断电子计数器的计数是否达到预设计数值，若是，步骤结束；如否，返回步骤S200；

其中，I为电流发生器发出的电流，R为滑动变阻器接入电路中的电阻，R_c为测试线圈的电阻。

8.根据权利要求6所述的故障电流模拟器的工作方法，其特征在于，所述 控制器包括一直流电源、第一开关控制装置、及第二开关控制装置，所述周期性控制第一可控开关及第二可控开关断开或闭合具体为：将所述第一开关控制装置及第二开关控制装置与所述直流电源电连接，并控制该直流电源对所述第一开关控制装置及第二开关控制装置进行断电或通电操作。

9.根据权利要求7所述的故障电流模拟器的工作方法，其特征在于，所述控制电子计数器的计数增加一次具体为：对电子计数器停止供电，然后再对其重新供电一次。

10.根据权利要求7所述的故障电流模拟器的工作方法，其特征在于，在所述步骤S200中包括：

控制调节滑动变阻器接入电路中的电阻值的大小，调整该模式下测试线圈中的电流I_c大小。 

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