CN104076322B - 单相或三相电子式电能表恒定磁场影响试验装置 - Google Patents

Abstract

单相或三相电子式电能表恒定磁场影响试验装置，它涉及电能表恒定磁场影响试验装置。它为解决现有针对电子式电能表恒定磁场影响试验装置主要存在着无法将磁场施加于被检测表的所有可接触面和无法实现自动化试验的问题。控制器的键盘控制信号输入端与控制键盘的键盘控制信号输出端相连；控制器的控制信号输出端与磁场发生器的控制信号输入端相连；磁场发生器的电流信号输入端与恒流发生器的电流信号输出端相连；磁场检测器的检测数据信号输出输入端与磁场发生器的检测数据信号输出输入端相连。它适用于各类单相或三相电子式电能表恒定磁场影响试验。

Description

单相或三相电子式电能表恒定磁场影响试验装置

技术领域

本发明涉及电能表恒定磁场影响试验装置。

背景技术

国内目前针对电子式电能表恒定磁场影响试验装置主要有三大类，第一类是在亥姆霍兹线圈通入直流电流产生恒定磁场，如苏州泰思特电子科技有限公司PFMF-4108G，但是其到达样表的磁感应强度很微弱，并且不符合国家标准GB/T17215.32(2-2)008/IEC62053-22:2003关于静止式电能表恒定磁场影响试验的要求，即用标准电磁铁产生的磁场作用于按正常使用时安装的仪表的所有可触及表面。其磁势值为1000At。其缺点是1、无法产生标准要求的磁场强度，2、无法满足标准要求的施加于被检测表的所有可接触面。第二类是在巨型C状电磁铁线圈中通入直流电流产生恒定磁场，这种结构的试验装置同样存在着

缺点：1、无法满足标准要求的施加于被检测表的所有可接触。2、无法实现自动化试验。第三类是将标准电磁铁通入直流电流产生恒定磁场，手持电磁铁试验。目前国内多数厂商及计量院多采用此方法。这种试验装置存在的缺点是1、无法避免磁场对人体的伤害。2、无法实现自动化试验。综上，现有的针对电子式电能表恒定磁场影响试验装置主要存在着无法将磁场施加于被检测表的所有可接触面和无法实现自动化试验的缺点。

发明内容

本发明为了解决现有针对电子式电能表恒定磁场影响试验装置主要存在着无法将磁场施加于被检测表的所有可接触面和无法实现自动化试验的问题，而提出了单相或三相电子式电能表恒定磁场影响试验装置。

单相或三相电子式电能表恒定磁场影响试验装置，它包括控制器、磁场发生器、磁场检测器、恒流发生器和控制键盘；所述控制器的键盘控制信号输入端与控制键盘的键盘控制信号输出端相连；控制器的控制信号输出端与磁场发生器的控制信号输入端相连；磁场发生器的电流信号输入端与恒流发生器的电流信号输出端相连；磁场检测器的检测数据信号输出输入端与磁场发生器的检测数据信号输出输入端相连。

本发明实现与电能表校验装置的同步控制，为实现试验设备自动化提供全面解决方案。单相表实现全部可接触18点位，三相表实现全部可接触28点位；

本申请中磁场发生器采用两套双U型线圈组分别置于单相电能表、三相电能表的所有可触及表面。T型柱状铁、合金、铁氧体铁芯，线圈组，并在2cm范围内可以调节。磁场检测器采用特斯拉计对磁场发生器产生的磁场进行监测；恒流发生器为磁场发生器提供恒定直流电流。控制器对工作状态进行全面控制。本试验装置在充分考虑国网单相、三相电能表的实验基础上，为了兼容其他规格的静止式电能表，磁场线圈在三个方向位置可以调节，基本上可以满足市场上正在使用的静止式电能表的恒定磁场影响试验要求。，采用对磁场发生器多层屏蔽措施，为解决设备产生大量的电磁干扰，提高控制的可靠性，同时采用工业控制计算机PLC为主控制部件，有效完成复杂控制，保证可靠性。磁场线圈及铁心经过特殊处理，保证每个磁场线圈特性一致。

附图说明

图1为具体实施方式一的单相或三相电子式电能表恒定磁场影响试验装置的模块结构示意图；

图2为具体实施方式二的单相或三相电子式电能表恒定磁场影响试验装置的模块结构示意图；

图3为具体实施方式三的单相或三相电子式电能表恒定磁场影响试验装置的模块结构示意图；

图4为具体实施方式四的单相或三相电子式电能表恒定磁场影响试验装置的模块结构示意图；

图5为具体实施方式五的控制器的模块结构示意图；

图6为具体实施方式六的控制器的模块结构示意图；

图7为具体实施方式七的控制器的模块结构示意图；

图8为具体实施方式九所述的磁场发生器的俯视图；

图9为具体实施方式九所述的磁场发生器的仰视图；

图10为具体实施方式十所述的磁场发生器的俯视图；

图11为具体实施方式十所述的磁场发生器的仰视图；

图12为通电螺线管中电流流向示意图；

图13为环形电流回路原理示意图；

图14为本申请所述场源离散化示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述单相或三相电子式电能表恒定磁场影响试验装置，它包括控制器1、磁场发生器2、磁场检测器3、恒流发生器4和控制键盘5；所述控制器1的键盘控制信号输入端与控制键盘5的键盘控制信号输出端相连；控制器1的控制信号输出端与磁场发生器2的控制信号输入端相连；磁场发生器2的电流信号输入端与恒流发生器4的电流信号输出端相连；磁场检测器3的检测数据信号输出输入端与磁场发生器2的检测数据信号输出输入端相连。

具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于它还包括编程器6；所述编程器6的编程数据信号输出端与控制器1的编程数据信号输入端相连。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二不同点在于它还包括I/O扩展机7；所述I/O扩展机7的I/O扩展数据输出输入端与控制器1的I/O扩展数据输出输入端相连。其它组成和连接方式与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三不同点在于它还包括指示灯8，指示灯8的驱动信号输入端与控制器1的驱动信号输出端相连。其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式四不同点在于所述控制器1包括微处理器1-1、输入信号单元1-2、输出信号单元1-3、数据总线1-4、恒压供电电源1-5和存储器1-6；微处理器1-1的输入单元数据信号输入端通过数据总线1-4与输入信号单元1-2的输入单元数据信号输出端相连；微处理器1-1的输出单元数据信号输出端通过数据总线1-4与输出信号单元1-3的输出单元数据信号输入端相连；微处理器1-1的存储数据输入输出端通过数据总线1-4与存储器1-6的存储数据输入输出端相连；恒压供电电源1-5的三个供电端分别连接微处理器1-1、输入信号单元1-2和输出信号单元1-3的受电端。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式五不同点在于它还包括外设I/O扩展接口1-7；所述外设I/O扩展接口1-7的外设I/O数据信号输出输入端通过数据总线1-4与微处理器1-1的外设I/O数据信号输出输入端相连；外设I/O扩展接口1-7的外设I/O信号输入端即为控制器1的编程数据信号输入端。其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图7说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式五不同点在于它还包括I/O扩展接口1-8；所述I/O扩展接口1-8的I/O扩展数据输出输入端通过数据总线1-4与微处理器1-1的I/O扩展数据输出输入端相连。其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同点在于磁场发生器2采用单相电子式电能表磁场发生器或三相电子式电能表磁场发生器。

具体实施方式九：结合图8、图9说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式八不同点在于磁场发生器2采用单相电子式电能表磁场发生器，所述单相电子式电能表磁场发生器包括顶部T型铁芯线圈阵列2-1、两个侧边T型铁芯线圈阵列2-2、底端测试探针组2-3和上端面T型铁芯线圈阵列2-4；顶部T型铁芯线圈阵列2-1和两个侧边T型铁芯线圈阵列2-2均采用3*1矩形T型铁芯线圈阵列，上端面T型铁芯线圈阵列2-4采用3*3矩形T型铁芯线圈阵列；所述顶部T型铁芯线圈阵列2-1、两个侧边T型铁芯线圈阵列2-2、底端测试探针组2-3和上端面T型铁芯线圈阵列2-4所形成的空腔即为待测电能表测试腔；两个侧边T型铁芯线圈阵列2-2分别对称置于待测电能表两侧；顶部T型铁芯线圈阵列2-1置于待测电能表顶端；上端面T型铁芯线圈阵列2-4垂直设置于待测电能表的上端面上；底端测试探针组2-3与待测电能表的测试触点接触；所述顶部T型铁芯线圈阵列2-1、两个侧边T型铁芯线圈阵列2-2、底端测试探针组2-3和上端面T型铁芯线圈阵列2-4的控制信号输入端通过数据总线与控制器1的控制信号输出端相连。其它组成和连接方式与具体实施方式八相同。

具体实施方式十：结合图10、图11说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式八不同点在于磁场发生器2采用三相电子式电能表磁场发生器，所述三相电子式电能表磁场发生器包括三相顶部T型铁芯线圈阵列2-5、两个三相侧边T型铁芯线圈阵列2-6、三相底端测试探针组2-7和三相上端面T型铁芯线圈阵列2-8；三相顶部T型铁芯线圈阵列2-5和两个三相侧边T型铁芯线圈阵列2-6均采用4*1矩形T型铁芯线圈阵列，三相上端面T型铁芯线圈阵列2-8采用4*4矩形T型铁芯线圈阵列；所述三相顶部T型铁芯线圈阵列2-5、两个三相侧边T型铁芯线圈阵列2-6、三相底端测试探针组2-7和三相上端面T型铁芯线圈阵列2-8所形成的空腔即为待测电能表测试腔；两个三相侧边T型铁芯线圈阵列2-6分别对称置于待测电能表两侧；三相顶部T型铁芯线圈阵列2-5置于待测电能表顶端；三相上端面T型铁芯线圈阵列2-8垂直设置于待测电能表的上端面上；三相底端测试探针组2-7与待测电能表的测试触点接触；所述三相顶部T型铁芯线圈阵列2-5、两个三相侧边T型铁芯线圈阵列2-6、三相底端测试探针组2-7和三相上端面T型铁芯线圈阵列2-8的控制信号输入端通过数据总线与控制器1的控制信号输出端相连。其它组成和连接方式与具体实施方式八相同。

本发明的工作原理：

电子式电能表由于现场工作环境的影响，各项性能参数常与检定规程或标准所规定基本误差的参考条件不同。例如，电子式电能表安装时的环境温度、空间磁场和电网电压频率都可能在相当大的范围内变化。当某项条件偏离参考范围后，此时电能表的误差与基本误差的差值称为该项条件引起的电能表附加误差。为保证电能表在各种现场环境中的工作可靠性，电能表标准对各项附加误差都规定了允许的极限值。

首先，根据待测电能表的类型，将待测电能表放置于磁场发生器2相应的电能表测试腔内，并使底端测试探针组与待测电能表的测试触点接触；

通过控制键盘5或编程器6向微处理器1-1发送控制信号，微处理器1-1通过同步信号控制端向磁场发生器2和恒流发生器4发送同步信号，以实现对磁场发生器2和恒流发生器4的同步控制；

微处理器1-1发送控制信号使磁场发生器2中的顶部T型铁芯线圈阵列、两个侧边T型铁芯线圈阵列、底端测试探针组和上端面T型铁芯线圈阵列得电工作，同时恒流发生器4向顶部T型铁芯线圈阵列、两个侧边T型铁芯线圈阵列、底端测试探针组和上端面T型铁芯线圈阵列通入固定频率的电流，使磁场发生器2产生恒定磁场，磁场检测器3检测磁场发生器2产生的恒定磁场是否满足试验要求；先将待测电能表先置于检定规程或标准所规定基本误差的参考条件下，然后按检定规程或标准所规定的顺序施加激励值，模拟相同实验环境但无恒定磁场影响下电能表正常通电工作时的基本误差值Β₁并进行记录；控制器1还具有单相电能表和三相电能表转换功能，以实现对单相电能表和三相电能表的检测。在其他影响量为参比条件下，将待测电能表置于磁场发生器2产生的恒定磁场的中心处，对待测电能表施加基本误差试验规定的激励值并保持不变，通过恒流发生器4对磁场发生器2中的各铁芯线圈阵列通以一定频率的电流，并调节电流大小以确定磁场发生器2中的各铁芯线圈阵列产生的磁感应强度大小，并且各铁芯线圈阵列与正常使用时待测电能表的所有可触及表面接触，观察被测表的显示值，在一定时间内得出电能表受恒定磁场影响基本误差值Β₂并进行记录；此时得到附加误差＝Β₂-Β₁；

通过计算得出电能表进行抗干扰度试验的附加误差，与电能表规定标准进行比对确认其是否满足要求。本发明所述装置还具有过热保护功能，控制器1可以接收温度传感器发送的温度信号，并与过热报警阈值进行比较，如超限则实现对检测系统的断电处理，实现对检测装置的过热保护。

本发明所述恒定磁场的磁场强度的计算原理：

磁场强度用，用参数H进行表示，其与电流有直接关系，其单位为A/m；磁感应强度，用参数B进行表示，其与铁芯材料因素及磁场强度H关系如下：

$H=\frac{B}{{\mathrm{\μ}}_0}$ 公式1

μ₀------真空中的磁导率，表征磁介质特性的参数；

H-------磁场强度；

B-------磁感应强度；

假定在半径为r₁及r₂的两圆周之间，有一总匝数为N的均匀密绕平面线圈，将载流螺线管缠绕紧密，则可将它看成由许多同心的圆电流所组成，如图12所示。为了满足试验中线圈要达到一定磁场强度的要求，在线圈中心加入铁芯以增加磁场强度。通过选定线圈外形，铁芯高度，绕制线径，并根据线径、负荷、铁芯尺寸、线圈匝数等计算出磁密(磁感应强度)，得到最佳的安匝数。

假设线圈电流为I，平均半径为r₀的环形回路，如图13所示，建立轴对称磁场的基本计算模型，求得沿此环形电流回路轴线上任一场点P的磁感应强度为

$B=\frac{{\mathrm{\μ}}_{0}I{r_0}^2}{2{\left(R^2\right)}^{3/2}}=\frac{{\mathrm{\μ}}_{0}I{r_0}^2}{2{[r_0^2+{(z-z^{\′})}^2]}^{3/2}}$ 公式2

$r_0=\frac{1}{2}(r_1+r_2)$ 公式3

公式4

参数Z-Z'为P点到铁芯截面的距离，磁感应强度B的方向沿z轴的正方向。

对于由多匝环形线圈组成的载流螺线管线圈磁场的分析，应用叠加原理，这时待求磁场可由各个环形载流线圈各自产生的效应叠加求解。即将各匝线圈内的电流I视作集中在截面中心的“电流丝”，但这在导体较粗的情形下会带来一定的误差。因此，较理想的场源离散化处理方法是：如图14所示，取载流线圈的外轮廓线为场源周界，且认为场源截面S内电流分布均匀，即J＝NI/S；

式中，N是每个螺线管线圈的匝数。将截面离散成n个小面积，第i个小面积△S_i(i＝1,2,…n)内的电流为△I_i＝J△S_i；

把此电流视作集中在△I_i中心的电流丝。这样，当截面离散为足够数量的小面积△S_i时，就能保证计算结果具有满意的精度。因为整个线圈上各小面积电流在P点处产生的磁场方向相同，故场源离散完成后，利用叠加原理和公式2，就可计算出轴线上任一场点P处的总的磁感应强度值为

$B=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\μ}}_0\mathrm{\Δ}{I}_i{r}_i^2}{2{[r_i^2+{(z_p-z_i)}^2]}^{3/2}}$ 公式5

由于线圈组内所有线圈和铁芯所采用的材质、绕指线径、铁芯尺寸、高度及给定电流大小完全一致，故各点位铁芯线圈所达到的磁场强度值一样且恒定不变。

由以上公式可计算得出单相、三相电能表各点位所要求达到的恒定磁场感应强度，并对电能表进行抗干扰度试验。

本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。

Claims (7)

1.一种单相或三相电子式电能表恒定磁场影响试验装置，它包括控制器(1)、磁场发生器(2)、磁场检测器(3)、恒流发生器(4)和控制键盘(5)；所述控制器(1)的键盘控制信号输入端与控制键盘(5)的键盘控制信号输出端相连；控制器(1)的控制信号输出端与磁场发生器(2)的控制信号输入端相连；磁场发生器(2)的电流信号输入端与恒流发生器(4)的电流信号输出端相连；磁场检测器(3)的检测数据信号输出输入端与磁场发生器(2)的检测数据信号输出输入端相连；

它还包括I/O扩展机(7)；所述I/O扩展机(7)的I/O扩展数据输出输入端与控制器(1)的I/O扩展数据输出输入端相连；

它还包括指示灯(8)，指示灯(8)的驱动信号输入端与控制器(1)的驱动信号输出端相连；

其特征在于所述控制器(1)包括微处理器(1-1)、输入信号单元(1-2)、输出信号单元(1-3)、数据总线(1-4)、恒压供电电源(1-5)和存储器(1-6)；微处理器(1-1)的输入单元数据信号输入端通过数据总线(1-4)与输入信号单元(1-2)的输入单元数据信号输出端相连；微处理器(1-1)的输出单元数据信号输出端通过数据总线(1-4)与输出信号单元(1-3)的输出单元数据信号输入端相连；微处理器(1-1)的存储数据输入输出端通过数据总线(1-4)与存储器(1-6)的存储数据输入输出端相连；恒压供电电源(1-5)的三个供电端分别连接微处理器(1-1)、输入信号单元(1-2)和输出信号单元(1-3)的受电端。

2.根据权利要求1所述的单相或三相电子式电能表恒定磁场影响试验装置，其特征在于它还包括编程器(6)；所述编程器(6)的编程数据信号输出端与控制器(1)的编程数据信号输入端相连。

3.根据权利要求1或2所述的单相或三相电子式电能表恒定磁场影响试验装置，其特征在于控制器(1)还包括外设I/O扩展接口(1-7)；所述外设I/O扩展接口(1-7)的外设I/O数据信号输出输入端通过数据总线(1-4)与微处理器(1-1)的外设I/O数据信号输出输入端相连；外设I/O扩展接口(1-7)的外设I/O信号输入端即为控制器(1)的编程数据信号输入端。

4.根据权利要求1或2所述的单相或三相电子式电能表恒定磁场影响试验装置，其特征在于控制器(1)还包括I/O扩展接口(1-8)；所述I/O扩展接口(1-8)的I/O扩展数据输出输入端通过数据总线(1-4)与微处理器(1-1)的I/O扩展数据输出输入端相连。

5.根据权利要求1所述的单相或三相电子式电能表恒定磁场影响试验装置，其特征在于磁场发生器(2)采用单相电子式电能表磁场发生器或三相电子式电能表磁场发生器。

6.根据权利要求5所述的单相或三相电子式电能表恒定磁场影响试验装置，其特征在于磁场发生器(2)采用单相电子式电能表磁场发生器，所述单相电子式电能表磁场发生器包括顶部T型铁芯线圈阵列(2-1)、两个侧边T型铁芯线圈阵列(2-2)、底端测试探针组(2-3)和上端面T型铁芯线圈阵列(2-4)；顶部T型铁芯线圈阵列(2-1)和两个侧边T型铁芯线圈阵列(2-2)均采用3*1矩形T型铁芯线圈阵列，上端面T型铁芯线圈阵列(2-4)采用3*3矩形T型铁芯线圈阵列；所述顶部T型铁芯线圈阵列(2-1)、两个侧边T型铁芯线圈阵列(2-2)、底端测试探针组(2-3)和上端面T型铁芯线圈阵列(2-4)所形成的空腔即为待测电能表测试腔；两个侧边T型铁芯线圈阵列(2-2)分别对称置于待测电能表两侧；顶部T型铁芯线圈阵列(2-1)置于待测电能表顶端；上端面T型铁芯线圈阵列(2-4)垂直设置于待测电能表的上端面上；底端测试探针组(2-3)与待测电能表的测试触点接触；所述顶部T型铁芯线圈阵列(2-1)、两个侧边T型铁芯线圈阵列(2-2)、底端测试探针组(2-3)和上端面T型铁芯线圈阵列(2-4)的控制信号输入端通过数据总线与控制器(1)的控制信号输出端相连。

7.根据权利要求5所述的单相或三相电子式电能表恒定磁场影响试验装置，其特征在于磁场发生器(2)采用三相电子式电能表磁场发生器，所述三相电子式电能表磁场发生器包括三相顶部T型铁芯线圈阵列(2-5)、两个三相侧边T型铁芯线圈阵列(2-6)、三相底端测试探针组(2-7)和三相上端面T型铁芯线圈阵列(2-8)；三相顶部T型铁芯线圈阵列(2-5)和两个三相侧边T型铁芯线圈阵列(2-6)均采用4*1矩形T型铁芯线圈阵列，三相上端面T型铁芯线圈阵列(2-8)采用4*4矩形T型铁芯线圈阵列；所述三相顶部T型铁芯线圈阵列(2-5)、两个三相侧边T型铁芯线圈阵列(2-6)、三相底端测试探针组(2-7)和三相上端面T型铁芯线圈阵列(2-8)所形成的空腔即为待测电能表测试腔；两个三相侧边T型铁芯线圈阵列(2-6)分别对称置于待测电能表两侧；三相顶部T型铁芯线圈阵列(2-5)置于待测电能表顶端；三相上端面T型铁芯线圈阵列(2-8)垂直设置于待测电能表的上端面上；三相底端测试探针组(2-7)与待测电能表的测试触点接触；所述三相顶部T型铁芯线圈阵列(2-5)、两个三相侧边T型铁芯线圈阵列(2-6)、三相底端测试探针组(2-7)和三相上端面T型铁芯线圈阵列(2-8)的控制信号输入端通过数据总线与控制器(1)的控制信号输出端相连。