CN113345292A - 一种电能计量培训装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电能计量培训装置及其控制方法，其中装置包括：三相电母排、电流互感器组、联合接线盒及仿真电能表；所述三相电母排通过联合接线盒与所述仿真电能表电连接，所述电流互感器组通过联合接线盒与所述仿真电能表电连接。本发明的装置采用电子技术仿真电路，单台设备成本可大大降低；本发明的装置体积小、重量轻；本发明的装置采用多种接线控制方式，每种方式都简单直观，操作者即学即会；本发明的装置仿真效果直观，将低压三相四线的电压母排和电流互感器展示出来，学员可直观地看到(或通过测量)接线方式的更改情况和故障设置的点，本发明的装置采用安全电压。

Description

一种电能计量培训装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及实训装置技术领域，特别是涉及一种电能计量培训装置及其控制方法。
背景技术
电能计量的安全、可靠和准确进行必须依靠检测电压、电流、功率因数、频率等电参数的仪器仪表来保证。因此，电能计量工作中参数的准确采集和接线的正确形式与仪器仪表具有同样的重要性。而所有这些工作，都需要电能计量人员来完成，他们的专业素质才是整个计量工作的重中之重。目前，电能计量的检测和校验工作大多都是围绕电能计量装置展开分析，如电压互感器(TV或PT)、电流互感器(TA或CT)、电能表(有功及无功电能表)的检测等。然而，无论选择进行任何电能计量装置检测，都必须保证计量中接线的正确性，否则装置再精确也无法计量正确。
目前常用的培训设备包括：装表接电，这种设备一般不通电，即使通电也是相对高的电压和大的电流，价格也贵很多；万特公司的错误接线，其前面板是不能更改的，学员只能通过万用表和相位表测量接线盒位置的电压电流和相位数据，看不到接线的实际样子，同样电压高电流大，价格高。
现有的培训设备结构复杂，操作面板和现实工作环境差别非常大。现有设备集成了低压三相四线和高压三相三线的接线环境。三相四线是包括三元件，三相电压信号，三相电流信号，和零线，电流信号包括一个进线和一个出线，因此合计十根线；高压三相三线包括三相电压线和两相电流线，合计七根线。现有设备通过电脑控制电路设置接线或故障类型，控制方式复杂。
成本高，一台培训设备需要15万左右，不适合在一线班组培训普及。
体积大，一台设备高约两米，长宽约80CM到1米，重量约为几百千克。
软件操作复杂，由于现有培训设备集成了多种电能计量方式的正确接线及错误接线类型，造成了控制软件极其复杂，即使是有经验的培训师或考评员，也不能熟练的正确操作。在现实的学习和考评中，只能应用到其中很小的一部分功能。
仿真效果差，由于现有设备集成了多种电能计量方式，而培训操作界面只有一个，由此只能将多种电能计量方式的外观集成在一起。无论是高压三相三线，还是低压三相四线的，学员面对的都是一样的操作环境，和现实的真实环境差别非常大。例如，三相三线电能计量是不会接B相的电流和零线电压的，而现在广泛应用的培训设备统一接上所有的接线。此外，现有的培训设备只能看到电能表和接线盒，无法看到电流电压互感器等二次接线点，而此处却是现实防窃电工作的重点排查对象。
高压相对较高，现在主要作应用培训设备的工作电压一般是220V或100V,由于电压比较高，电流比较大，存在一定的安全隐患，是不可能让学员或初学者单独操作设备的。由此，学员无法灵活地根据需要进行实操练习。
发明内容
本发明提供一种电能计量培训装置及其控制方法，采用电子技术仿真电路，单台设备成本可大大降低；采用多种接线控制方式，每种方式都简单直观，操作者即学即会；将低压三相四线的电压母排和电流互感器展示出来，仿真效果直观。
本发明第一方面提供一种电能计量培训装置，包括：三相电母排、电流互感器组、联合接线盒及仿真电能表；所述三相电母排通过联合接线盒与所述仿真电能表电连接，所述电流互感器组通过联合接线盒与所述仿真电能表电连接。
进一步地，所述三相电母排包括：A相线、B相线、C相线及零线；
所述A相线通过从联合接线盒引出的一条导线与所述仿真电能表电连接；所述B相线通过从联合接线盒引出的一条导线与所述仿真电能表电连接；所述C相线通过从联合接线盒引出的一条导线与所述仿真电能表电连接；所述零线通过从联合接线盒引出的一条导线与所述仿真电能表电连接。
进一步地，所述电流互感器组，包括三个相同的电流互感器，每一个电流互感器通过从联合接线盒引出的两条导线与所述仿真电能表电连接。
进一步地，所述的一种电能计量培训装置，还包括：航空插头，所述航空插头通过导线与所述仿真电能表电连接，用于将外部信号输入至所述仿真电能表内部。
进一步地，所述的一种电能计量培训装置，还包括：直流电源插口，所述直流电源插口通过导线与所述仿真电能表电连接，所述直流电源插口内设稳压电路，用于将直流电转化为目标电压。
进一步地，所述的一种电能计量培训装置，还包括：开关，所述开关通过导线与所述仿真电能表电连接，用于控制电能计量培训装置的启停。
本发明第二方面提供一种电能计量培训装置的控制方法，用于控制上述任一的一种电能计量培训装置，包括：
输入信号通过航空插头进行预处理得到第一信号，使得电压值满足电压阈值；
所述第一信号通过功率放大电路进行功率放大得到第二信号，使得功率值满足功率阈值；
所述第二信号通过升压变阻器组进行升压处理得到第三信号，并将所述第三信号输入至参考点及电压母排端子。
进一步地，所述第二信号通过升压变阻器组进行升压处理得到第三信号之后，还包括：
所述第二信号通过负荷电路得到第四信号，并将所述第四信号输入至电流互感器二次端子。
进一步地，所述第一信号通过功率放大电路进行功率放大得到第二信号，包括：
所述第一信号通过参考A相功率放大电路进行功率放大得到功率放大第一信号；将所述功率放大第一信号输入至第一升压变压器中，得到第一升压信号；将所述第一升压信号输入至参考点；
所述第一信号通过三相电压功率放大电路进行功率放大得到功率放大第二信号；将所述功率放大第二信号输入至升压变压器中，得到第二升压信号；将所述第二升压信号输入至电压母排端子；
所述第一信号通过三相电流功率放大电路进行功率放大得到功率放大第三信号；将所述功率放大第三信号输入至负荷电路中，得到负荷信号；将所述负荷信号输入至电流互感器二次端子。
进一步地，所述输入信号通过航空插头进行预处理得到第一信号之前，还包括：
直流电源将直流信号输入至升压及稳压器中得到第五信号及第六信号；将第五信号输入至所述三相电流功率放大器电路；将第六信号输入至所述航空插头。
与现有技术相比，本发明实施例的有益效果在于：
本发明提供一种电能计量培训装置及其控制方法，其中装置包括：三相电母排、电流互感器组、联合接线盒及仿真电能表；所述三相电母排通过联合接线盒与所述仿真电能表电连接，所述电流互感器组通过联合接线盒与所述仿真电能表电连接。本发明的装置采用电子技术仿真电路，单台设备成本可大大降低；本发明的装置体积小、重量轻；本发明的装置采用多种接线控制方式，每种方式都简单直观，操作者即学即会；本发明的装置仿真效果直观，将低压三相四线的电压母排和电流互感器展示出来，学员可直观的看到(或通过测量)接线方式的更改情况和故障设置的点，本发明的装置完全采用安全电压，电源采用5到12V的直流电压，内部电路通过电子技术生成三相可调的电压电流信号，信号的范围也均在安全电压范围之内，一般设为36V以下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术提供的三相四线电能计量装置接线原理图；
图2是本发明某一实施例提供的一种电能计量培训装置的操作板正面的示意图；
图3是本发明某一实施例提供的两种信号源模式下的电能计量培训装置的信号流图；
图4是本发明某一实施例提供的信号源模式一对应的接线控制面板示意图；
图5是本发明某一实施例提供的信号源模式二对应的信号控制盒示意图；
图6是本发明某一实施例提供的一种电能计量培训装置的装置图；
图7是本发明某一实施例提供的一种电能计量培训装置的操作板背面的示意图；
图8是本发明某一实施例提供的一种电能计量培训装置的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
计量装置接线和计量原理：
三相四线电能表内包含三个电压元件和三个电流元件，在三相负载平衡时，三相三线电能计量装置的接线原理图如图1。三元件分别进行计量，三相四线有功电能表内部连接原理图如图2所示。三元件分别计量有功为P1\P2\P3,其中
Figure BDA0003135870730000071
角，即该元件电压、电流向量的夹角(功率角)。三相四线有功电能表接入感性负载电压、电流向量图及功率表达式如公式1.相量图如图3所示。当三相对称平衡时，三相电压、电流相等且功率因数相同，即UA＝UB＝UC＝U；IA＝IB＝IC＝I；
Figure BDA0003135870730000072
相位表法利用钳型电流表、电压表、相位表联合测绘向量图。相位表法是以功率元件电压为参考相量，测量电压与电流相量的相位角，确定接入功率元件电压、电流相位，从而确定电能表的实际接线方式。它适用的条件是：三相电压相量已知，且基本对称；电压和电流都比较稳定；已知负荷性质(感性或容性)和功率因数大致范围，且三相负载基本平衡。当
Figure BDA0003135870730000073
变化时，电流相量的位置会发生相应的变化，在采用相位表法作相量图时应考虑到这种变化。首先确定接入电能表一、二、三元件的电压并画出其基准相量，然后依据功率元件相位角的采样结果旋转相应的角度得到并画出电流相量(如果相位角为正则顺时针旋转，否则逆时针旋转)最后根据全向量图确定元件电流相量为何相电流相量。当电能表运行进入错误状态后，会出现不计量、多计量或少计量的问题。经检查发现错误后，除应进行改正错误外，还应更正电量。所谓更正电量就是根据错误的抄见电量，求出实际的用电量，并进行电量的退、补。更正系数法又称计算法。使用该方法必须首先求出更正系数K。在接线的时候，有电压6个相序，电流6个相序，电流反极性和断相，电压断相等情况。6个相序分别为abc、bca、cab、acb、bac、cba。
第一方面
请参阅图2，本发明提供一种电能计量培训装置，包括：三相电母排、电流互感器组、联合接线盒及仿真电能表；所述三相电母排通过联合接线盒与所述仿真电能表电连接，所述电流互感器组通过联合接线盒与所述仿真电能表电连接。
在某一具体实施例中，所述仿真电能表电可以显示三相电压、电流、频率、功率因数等信息。电压显示范围为2—100V，电流的显示范围大约在5mA到2A.电表的所需要的电源电压为12或24V。此种电能表为特制。
联合接线盒连接着电能表和互感器之间，方便更换电表时不用拆除全部的接线，只要拆接线盒和电能表之间的线。
非特制的电能表，一般采用交流220V作为电源，电压显示范围可以到400V以上，电流可以到几十安。
在某一具体实施方式中，所述三相电母排包括：A相线、B相线、C相线及零线；所述A相线通过从联合接线盒引出的一条导线与所述仿真电能表电连接；所述B相线通过从联合接线盒引出的一条导线与所述仿真电能表电连接；所述C相线通过从联合接线盒引出的一条导线与所述仿真电能表电连接；所述零线通过从联合接线盒引出的一条导线与所述仿真电能表电连接。
在某一具体实施方式中，所述电流互感器组，包括三个相同的电流互感器，每一个电流互感器通过从联合接线盒引出的两条导线与所述仿真电能表电连接。
在某一具体实施例中，电流互感器套在三相电母排上，电流互感器上有两个接线端子，两个端子上接两根线通过联合接线盒与电能表构成一个回路，回路的电阻是非常小的，可忽略不计，当母排上有电流流过时，电流互感器就会感应出一定比例的电流流过电能表，以此来计量母排上电量的多少。
在某一具体实施方式中，所述的一种电能计量培训装置，还包括：航空插头，所述航空插头通过导线与所述仿真电能表电连接，用于将外部信号输入至所述仿真电能表内部。
在某一具体实施例中，航空插头，用于外部的信号由此输入到箱体里。信号由外部信号源经航空插头送到培训箱体内。培训箱体内是信号的功率放大和幅值调节电路。经调节好的信号接至母排和电流互感器二次侧。航空插头，至少有13芯，用于外部信号输入，对应的两种工作模式请参阅图3。信号源模式一中，逆变电路就是把直流信号变成交流。此处是把直流电转化成三相相位相差120度，50HZ的正弦交流电。同相比例运算电路是经典的集成运放的应用电路。作用在于将逆变后的交流电调节成统一规范的幅值，例如全部定义成有效值1V。电流极性电路在此处的实际信号仍体现为电压，此处的主要作用是奖信号的相位角调节超前或滞后一定的角度，一般为正负30度以内。超前就是容性，滞后就是感性。信号源模式一对应的接线控制面板，如图4所示，具体操作方法包括：
第一步：由培训师设置接线(故障)类型。
a)电压相序由6个互锁开关组成，按下任一开关，其他开关自己弹起(断开，退出功能)。6个开关分别对应6个电压相序，按下哪个开关即完成相应电压相序的设置。例如，按下BCA对应的开关，控制板输出的电压相序就是UB-UC-UA。对应培训箱体里电压母排的接线分别是U1(UB)-U2(UC)-U3(UA)。
b)电流相序由6个互锁开关组成，按下任一开关，其他开关自己弹起(断开，退出功能)。6个开关分别对应6个电流相序，按下哪个开关即完成相应电压相序的设置。
c)电压断相是由3个自锁开关组成，按下一个开关，对应电压断相(即无电压值)。
d)电流反极性由3个自锁开关组成，按下一个开关，对应电流反极性。
注：正常极性是电流由I1流出经接线盒电表回到接线盒回到I1*。
e)电压幅值和电流幅值是两个旋扭,用于调节幅值大小。
f)容性(感性)由一个自锁开关组成,不动为感性负荷,按下为容性负荷。
第二步:由学员使用相位伏安表等仪器仪表对箱体里进行电压电流及相位差进行测量,进而分析接线类型。
信号源模式二对应的信号控制盒，如图5所示。此种控制盒上可安装至少两组航空插头，即对两个培训箱体进行控制。
在某一具体实施方式中，所述的一种电能计量培训装置，还包括：直流电源插口，所述直流电源插口通过导线与所述仿真电能表电连接，所述直流电源插口内设稳压电路，用于将直流电转化为目标电压。
在某一具体实施例中，直流电源插口，内部设稳压电路，将5-12V直流电转化成电路所需要的电压。
在某一具体实施方式中，所述的一种电能计量培训装置，还包括：开关，所述开关通过导线与所述仿真电能表电连接，用于控制电能计量培训装置的启停。
在某一具体实施例中，所述的一种电能计量培训装置外观如图6所示，操作面板正面图如图2所示，操作面板背面图如图7所示。外部信号源产生三相电压电流信号及参考A相电压信号，信号有效值在5V以内的小信号。以在外部输入信号为有效值2V为例，经功率放大后，再经升压变压器升至电压22V。正常三相四线电能计量为220V，现采用22V代替220V，以安全电压为仿真信号，等比例缩小真实电压值。由于三相电压互相相差120度，在改变相位的情况下，无法判断出哪一个A电压，由此给出参考电压A，用于确定U123中哪一个是A相电压。
第二方面
请参阅图8，本发明提供一种电能计量培训装置的控制方法，用于控制上述任一的一种电能计量培训装置，包括：
输入信号通过航空插头进行预处理得到第一信号，使得电压值满足电压阈值；
所述第一信号通过功率放大电路进行功率放大得到第二信号，使得功率值满足功率阈值；
所述第二信号通过升压变阻器组进行升压处理得到第三信号，并将所述第三信号输入至参考点及电压母排端子。
在某一具体实施方式中，所述第二信号通过升压变阻器组进行升压处理得到第三信号之后，还包括：所述第二信号通过负荷电路得到第四信号，并将所述第四信号输入至电流互感器二次端子。
在某一具体实施方式中，所述第一信号通过功率放大电路进行功率放大得到第二信号，包括：
所述第一信号通过参考A相功率放大电路进行功率放大得到功率放大第一信号；将所述功率放大第一信号输入至第一升压变压器中，得到第一升压信号；将所述第一升压信号输入至参考点；
所述第一信号通过三相电压功率放大电路进行功率放大得到功率放大第二信号；将所述功率放大第二信号输入至升压变压器中，得到第二升压信号；将所述第二升压信号输入至电压母排端子；
所述第一信号通过三相电流功率放大电路进行功率放大得到功率放大第三信号；将所述功率放大第三信号输入至负荷电路中，得到负荷信号；将所述负荷信号输入至电流互感器二次端子。
在某一具体实施方式中，所述输入信号通过航空插头进行预处理得到第一信号之前，还包括：
直流电源将直流信号输入至升压及稳压器中得到第五信号及第六信号；将第五信号输入至所述三相电流功率放大器电路；将第六信号输入至所述航空插头。

Claims (10)

1.一种电能计量培训装置，其特征在于，包括：三相电母排、电流互感器组、联合接线盒及仿真电能表；所述三相电母排通过联合接线盒与所述仿真电能表电连接，所述电流互感器组通过联合接线盒与所述仿真电能表电连接。
2.如权利要求1所述的一种电能计量培训装置，其特征在于，所述三相电母排包括：A相线、B相线、C相线及零线；
所述A相线通过从联合接线盒引出的一条导线与所述仿真电能表电连接；所述B相线通过从联合接线盒引出的一条导线与所述仿真电能表电连接；所述C相线通过从联合接线盒引出的一条导线与所述仿真电能表电连接；所述零线通过从联合接线盒引出的一条导线与所述仿真电能表电连接。
3.如权利要求1所述的一种电能计量培训装置，其特征在于，所述电流互感器组，包括三个相同的电流互感器，每一个电流互感器通过从联合接线盒引出的两条导线与所述仿真电能表电连接。
4.如权利要求1所述的一种电能计量培训装置，其特征在于，还包括：航空插头，所述航空插头通过导线与所述仿真电能表电连接，用于将外部信号输入至所述仿真电能表内部。
5.如权利要求1所述的一种电能计量培训装置，其特征在于，还包括：直流电源插口，所述直流电源插口通过导线与所述仿真电能表电连接，所述直流电源插口内设稳压电路，用于将直流电转化为目标电压。
6.如权利要求1所述的一种电能计量培训装置，其特征在于，还包括：开关，所述开关通过导线与所述仿真电能表电连接，用于控制电能计量培训装置的启停。
7.一种电能计量培训装置的控制方法，用于控制上述权利要求1-6任一的一种电能计量培训装置，其特征在于，包括：
输入信号通过航空插头进行预处理得到第一信号，使得电压值满足电压阈值；
所述第一信号通过功率放大电路进行功率放大得到第二信号，使得功率值满足功率阈值；
所述第二信号通过升压变阻器组进行升压处理得到第三信号，并将所述第三信号输入至参考点及电压母排端子。
8.如权利要求7所述的一种电能计量培训装置的控制方法，其特征在于，所述第二信号通过升压变阻器组进行升压处理得到第三信号之后，还包括：
所述第二信号通过负荷电路得到第四信号，并将所述第四信号输入至电流互感器二次端子。
9.如权利要求8所述的一种电能计量培训装置的控制方法，其特征在于，所述第一信号通过功率放大电路进行功率放大得到第二信号，包括：
所述第一信号通过参考A相功率放大电路进行功率放大得到功率放大第一信号；将所述功率放大第一信号输入至第一升压变压器中，得到第一升压信号；将所述第一升压信号输入至参考点；
所述第一信号通过三相电压功率放大电路进行功率放大得到功率放大第二信号；将所述功率放大第二信号输入至升压变压器中，得到第二升压信号；将所述第二升压信号输入至电压母排端子；
所述第一信号通过三相电流功率放大电路进行功率放大得到功率放大第三信号；将所述功率放大第三信号输入至负荷电路中，得到负荷信号；将所述负荷信号输入至电流互感器二次端子。
10.如权利要求9所述的一种电能计量培训装置的控制方法，其特征在于，所述输入信号通过航空插头进行预处理得到第一信号之前，还包括：
直流电源将直流信号输入至升压及稳压器中得到第五信号及第六信号；将第五信号输入至所述三相电流功率放大器电路；将第六信号输入至所述航空插头。
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