CN111308408A - 一种电能计量接线教学装置 - Google Patents

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梁永昌
何德良
杨伊璇
黎建乐
杨世民
黄进强
赖荗松
曾永泉
刘艳
李学鹏
陈均
卢广仁
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Guangdong Power Grid Co Ltd
Dongguan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co Ltd
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Abstract

本申请公开了一种电能计量接线教学装置，包括：依次连接的信号产生模块、计量模块、故障设置模块和显示模块；信号产生模块用于产生符合安全范围的电信号，给计量模块、故障模拟模块和显示模块供电；计量模块用于进行接线电路故障模拟；故障设置模块用于输入故障类型；显示模块用于显示简化接线电路。本申请提供的一种电能计量接线教学装置，通过设置直流电源，使得在教学过程中所产生的电压信号和电流信号都在安全范围内，通过显示模块对教学电路的接线方式进行显示，使得学员能够直观的看到在各种接线错误时内部的接线情况，提高学习效率。

Description

一种电能计量接线教学装置
技术领域
本申请属于电能计量技术领域，尤其涉及一种电能计量接线教学装置。
背景技术
电能计量的安全、可靠和准确需要通过检测电压、电流、功率因数和频率等电参数的仪器仪表来保证。因此在电能计量的工作中电参数的准确采集和接线的正确以及仪器仪表的正常运作均很重要。而上述情况的检验的错漏排查都需要电能计量人员来完成，使得电能计量人员的专业素质对于计量工作来说相当重要。目前，电能计量的检测包括有电压互感器(TV或PT)、电流互感器(TA或CT)、电能表(有功或无功电能表)的检测等。无论是进行任何电能计量装置的检测，都需要确保计量装置中接线的正确性，若是计量装置存在接线错误，测量精度再高也会无法计量正确。目前常用的计量装置的接线培训装置包括装表接电，这种装置一般不通电，通电时的电压和电流比较大且价格昂贵；万特公司的错误接线装置，这种装置的前面板不能更改，学员只能通过万用表和相位测量接线盒的电压电表和相位数据来判断接线情况，看不到内部接线的实际样子，且通电时的电压和电流都比较高，价格昂贵。
这些错误接线仿真装置所仿真的环境工作电压为220V或100V，电压较高，产生的电流也比较大，在培训中，会存在较大的用电安全隐患，使得只有一定操作经验的学员才可以进行相应的练习。这就形成了一种矛盾的现象，最需要被培训和练习的学员会由于安全隐患的顾虑而不能得到充分的学习。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种电能计量接线教学装置，通过设置直流电源，使得在教学过程中所产生的电压信号和电流信号都在安全范围内，通过显示模块对教学电路的接线方式进行显示，使得学员能够直观的看到在各种接线错误时内部的接线情况，提高学习效率。
本申请提供了一种电能计量接线教学装置，包括：
依次连接的信号产生模块、计量模块、故障设置模块和显示模块；
所述信号产生模块用于产生符合安全范围的电信号，给所述计量模块、所述故障模拟模块和所述显示模块供电；
所述计量模块用于进行接线电路故障模拟；
所述故障设置模块用于输入故障类型；
所述显示模块用于显示简化接线电路。
可选地，所述安全范围包括3-30V。
可选地，还包括放大电路，与所述信号产生模块连接，用于放大所述电信号。
可选地，所述计量模块包括低压三相四线电能表，用于根据所述故障模拟进行不同的线路连接。
可选地，所述计量模块包括低压三相三线电能表，用于根据所述故障模拟进行不同的线路连接。
可选地，还包括负载电路，与所述信号产生模块连接，用于将所述电信号分解成三相电压信号和三相电流信号。
可选地，所述故障设置电路包括若干自锁开关。
可选地，所述故障设置电路包括若干组开关，每一组开关均设有指示灯开关。
可选地，所述显示模块包括减法电路。
可选地，还包括LM358芯片，与所述信号产生模块连接，用于对所述电信号进行功率放大。
综上所述，本申请提供了一种电能计量接线教学装置，包括：依次连接的信号产生模块、计量模块、故障设置模块和显示模块；所述信号产生模块用于产生符合安全范围的电信号，给所述计量模块、所述故障模拟模块和所述显示模块供电；所述计量模块用于进行接线电路故障模拟；所述故障设置模块用于输入故障类型；所述显示模块用于显示简化接线电路。
本申请提供的一种电能计量接线教学装置，通过设置直流电源，使得在教学过程中所产生的电压信号和电流信号都在安全范围内，通过显示模块对教学电路的接线方式进行显示，使得学员能够直观的看到在各种接线错误时内部的接线情况，提高学习效率。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种电能计量接线教学装置的信号源的示意图；
图2为本申请实施例提供的一种电能计量接线教学装置的放大电路的电路图；
图3为本申请实施例提供的一种电能计量接线教学装置的计量模块的三相三线的接线电路图；
图4为本申请实施例提供的一种电能计量接线教学装置的计量模块的三相三线的相量图；
图5为本申请提供的一种电能计量接线教学装置的负载电路的电路图；
图6为本申请提供的一种电能计量接线教学装置的故障设置电路的电路图；
图7为本申请提供的一种电能计量接线教学装置的控制盒的俯视图；
图8为本申请提供的一种电能计量接线教学装置的信号幅值调节电路的示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供的一种电能计量接线教学装置，通过设置直流电源，使得在教学过程中所产生的电压信号和电流信号都在安全范围内，通过显示模块对教学电路的接线方式进行显示，使得学员能够直观的看到在各种接线错误时内部的接线情况，提高学习效率。
以三相三线接线电能计量为例。三相三线电能计量装置电能表二元件结构正常接线，第一元件电压电流为UabIa，第二元件电压电流为UcbIc，判断错误接线需测量数据，以1，2，3来表示接入的位置，测量数据时第一元件的电压电流为U12I1，第二元件的电压电流为U32I2。这样画相量图时就可以把元件和相分开，元件指的是表尾一般用1，2，3来表示，相别用A、B、C来表示。用相位表判断的电压相序，以及接地相判断第一、二元件接入的电压。然后在相量图上标出U1、U2、U3，再画出U12、U32。根据前面确定的电压相别就可以确定U1、U2、U3真实接入的电压的相别。采取随相判别法确定电流相序，如果哪个电流不随相则反相此电流再行判断。
下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请实施例保护的范围。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
参见图1-图8，图1为本申请实施例提供的一种电能计量接线教学装置的信号源的示意图；图2为本申请实施例提供的一种电能计量接线教学装置的放大电路的电路图；图3为本申请实施例提供的一种电能计量接线教学装置的计量模块的三相三线的接线电路图；图4为本申请实施例提供的一种电能计量接线教学装置的计量模块的三相三线的相量图；图5为本申请提供的一种电能计量接线教学装置的负载电路的电路图；图6为本申请提供的一种电能计量接线教学装置的故障设置电路的电路图；图7为本申请提供的一种电能计量接线教学装置的控制盒的俯视图；图8为本申请提供的一种电能计量接线教学装置的信号幅值调节电路的示意图。
本申请实施例提供了一种电能计量接线教学装置，包括：
依次连接的信号产生模块、计量模块、故障设置模块和显示模块；
信号产生模块用于产生符合安全范围的电信号，给计量模块、故障模拟模块和显示模块供电；
计量模块用于进行接线电路故障模拟；
故障设置模块用于输入故障类型；
显示模块用于显示简化接线电路。
需要说明的是，本申请实施例提供的电能计量接线教学装置，信号产生模块的电信号为9V至12V直流供电，电路中最高电压的有效值约13V。显示模块可以通过LED指示灯来显示计量接线方式，也可以通过C系列的NI9264的6路通道或NI9263，并通过控制端的软件进行信号的控制和显示以及相应的模式的切换，其中，控制软件可以通过LABVIEW编程获得。
通过信号产生模块的信号源产生的电信号，该电信号处于安全范围，分别给计量模块、故障模拟模块和显示模块供电。由于信号源产生的电信号处于安全范围，通过电路逆变将直流电变成交流电后，调整为符合电路需求的模拟信号。从而使得在整个模拟学习过程中，学员都能安全用电，进而减少用电方面的担忧，而能够更加专注更加勤勉的学习。
为了便于学员学习各种接线故障，故障设置模块可以输入所要进行模拟的接线错误模式，根据接线错误模式，计量模块会呈现出不同的接线情况，而这些接线情况通过显示模块设置的简化电路能够便于学员能够直观的将接线情况与接线错误模式对应，更能通过接线情况了解接线错误的原理，从而更好的提高学习效率。
进一步地，安全范围包括3-30V。
需要说明的是，根据行业规定，安全电压不高于36V，持续接触安全电压为24V，安全电流为10mA。因此本申请在单电源供电时，电源的电压在3V～30V，双电源供电时，电源的电压在±1.5V～±15V。特别地，本申请实施例中，采用单电源供电时，电源的电压为30V。
进一步地，还包括放大电路，与信号产生模块连接，用于放大电信号。
需要说明的是，由于电路中的源信号的峰峰值为5V左右，即有效值为1.7V左右，为了放大至有效值为10V的电压信号，也就是峰峰值为28V左右的电压信号，放大电路采用同相比例运算。如图2所示，示例性的，其中RG取值为4.7k，RF取值为22k，还可以串联一个5.1k的电位器来代替22k的RF来获得更精确的放大倍数。
进一步地，计量模块包括低压三相四线电能表，用于根据故障模拟进行不同的线路连接。
需要说明的是，三相四线电能表计量要求有三相电压信号和三相电流信号。可以先获得三相电压信号，经过同相比例运算后得到放大后的三相电压仿真信号，再从VOUT端接电压跟随器，隔离开电压和电流信号，提高电路的带负载能力，在电压跟随器后接电阻或电位器即可获得相电流。
进一步地，计量模块包括低压三相三线电能表，用于根据故障模拟进行不同的线路连接。
需要说明的是，三相三线电能计量包括两个计量元件，因此需要两个相电压和两个相电流，对应的相电压和相电流的夹角为功率因数角加上30°。二表法三相三线电能表的接线原则为：第一计量元件接UabIa，第二计量元件接UcbIc。接线原理图和相量图如图4所示。测量相位的关系，比如：U12分别超前U23、U31、I1、I2这几个相位关系。电压之间的相位关系为120°和240°。从装置设计和仿真的角度，图中的abc123这6个点里有两个点是地，即0电位。正确接线时，U12＝U12＝V1-V2，而V2＝0，即U12＝V1-V2＝V1，同理U23＝-V3，即V1超前-V3的度数是120度，也即，V3实际上比V1超前了60度，两个电压之间夹角为60度，即Uab和Ucb。为了区别仿真源信号和电能表中的信号，将源信号定义成Uu\Uv\Uw。可以将Uu和Uab相对应，为了得到Ucb，可以通过Uu+Uw来得到。Ia可以在Uab接上合适的感性负载，Ic则由Uw后面接感性负载得到。这样两个感性负载的大小可以取相同的值。
进一步地，还包括负载电路，与信号产生模块连接，用于将电信号分解成三相电压信号和三相电流信号。
需要说明的是，设置好源信号后需要将信号分解成三相电压信号和三相电流信号(感性和容性)。电流信号的负载采用电阻和储能元件混联的方式组成，参见图5。R1和电感主要控制电流和功率因数角度的大小在一定的范围内，该范围可以根据实际需求调整。R2可以设置为可变电阻且远远大于电感的复阻值，通过改变R2的大小即可调整功率因数的大小。电流的大小可以通过调整电流通路的放大倍数来相应调整，也就是调整图2中的放大电路中的RF的大小。
进一步地，故障设置电路包括若干自锁开关。
需要说明的是，为了方便在考核中应用，本申请实施例提供的电能计量接线教学装置设计有故障设置的功能。故障类型有电压、电流的相序、断相、反极性等。如三相四线的电压相序包括：ABC\BCA\CAB\CBA\BAC\ACB六种，相应的电流也包括这六种。可以在电源信号盒上，设置自锁开关，通过按钮来改变接线的方式。如图5所示，图中每列的4个开关为一组，共六组，分别对应6种电压或电流相序。每组的4个开关同时断开或闭合。每组的第一个开关均设置为指示灯开关。图中ABC点分别对应着信号源箱的三相源信号，123分别对应着三相四线的电能表的三个电压元件接线端子。通过如图所示进行接线，就可以进行六种相位之间的切换。三相四线的电流相位的切换也可以按照这种方式进行。图中的联动互锁开关按钮，一组有6个，每个有4位。6个之间互锁，一个被按下，其他的5个会保持弹开的状态。一个被按下的时候，4位开关同时动作，断开的会变闭合，闭合的会变断开。
进一步地，故障设置电路包括若干组开关，每一组开关均设有指示灯开关。
需要说明的是，如图5所示，在故障设置电路中设置有6组开关，对应三相四线的电压相序包括：ABC\BCA\CAB\CBA\BAC\ACB六种，相应的电流也包括这六种。图中每列的4个开关为一组，共六组，分别对应6种电压或电流相序。每组的4个开关同时断开或闭合。每组的第一个开关均设置为指示灯开关。
进一步地，显示模块包括减法电路。
需要说明的是，为了在通过接线设置成错误接线后仍能显示出接线的情况，本申请实施例设计了用于显示简化错误接线的显示模块。电压相序显示的电路设计主要应用到减法电路，如图6，和3-8译码器。将U1(或U2\U3)接到Ui2，Ua接到Ui1，当所有电阻相等的时候Uo＝Ui2-Ui1，再将Uo进行简单的整流，得到电压信号，当U1和Ua相等时，结果接近0V(相当于数字0)，否则会比较高，会超过5V(相当于数字1)。再用相同办法将U1和Ub和Uc比较，就可以得到三个数字信号。如果结果为011，则表示接Ua，如果结果为101，则结果为Ub，以此类推。再配合3-8译码器去控制LED灯，就可以显示错误接线情况。
进一步地，还包括LM358芯片，与信号产生模块，用于对电信号进行功率放大。
需要说明的是，LM358是双运算放大器。内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，电源电流与电源电压无关。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电能计量接线教学装置，其特征在于，包括：
依次连接的信号产生模块、计量模块、故障设置模块和显示模块；
所述信号产生模块用于产生符合安全范围的电信号，给所述计量模块、所述故障模拟模块和所述显示模块供电；
所述计量模块用于进行接线电路故障模拟；
所述故障设置模块用于输入故障类型；
所述显示模块用于显示简化接线电路。
2.根据权利要求1所述的电能计量接线教学装置，其特征在于，所述安全范围包括3-30V。
3.根据权利要求1所述的电能计量接线教学装置，其特征在于，还包括放大电路，与所述信号产生模块连接，用于放大所述电信号。
4.根据权利要求1所述的电能计量接线教学装置，其特征在于，所述计量模块包括低压三相四线电能表，用于根据所述故障模拟进行不同的线路连接。
5.根据权利要求1所述的电能计量接线教学装置，其特征在于，所述计量模块包括低压三相三线电能表，用于根据所述故障模拟进行不同的线路连接。
6.根据权利要求1所述的电能计量接线教学装置，其特征在于，还包括负载电路，与所述信号产生模块连接，用于将所述电信号分解成三相电压信号和三相电流信号。
7.根据权利要求1所述的电能计量接线教学装置，其特征在于，所述故障设置电路包括若干自锁开关。
8.根据权利要求1所述的电能计量接线教学装置，其特征在于，所述故障设置电路包括若干组开关，每一组开关均设有指示灯开关。
9.根据权利要求1所述的电能计量接线教学装置，其特征在于，所述显示模块包括减法电路。
10.根据权利要求1所述的电能计量接线教学装置，其特征在于，还包括LM358芯片，与所述信号产生模块连接，用于所述电信号进行功率放大。
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CN112230094A (zh) * 2020-11-11 2021-01-15 广东电网有限责任公司 一种仿真电能质量的教学装置
CN113077676A (zh) * 2021-03-29 2021-07-06 广东电网有限责任公司 电能计量柜信号输入控制系统和电能计量柜接线教学装置

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