CN114283658A - 一种应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力设备领域，具体涉及一种应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统、方法。该台区组网及隔离系统包括：多个输出面板，多个两个三相功率源，多路独立供电线路、继电器、继电器驱动电路、继电器信号控制电路、主控CPU、载波总线、以及继电器保护电路。其中，两个输出面板分别为第一输出面板和第二输出面板。独立供电线路的数量与输出面板相对应。继电器的数量不少于十六个。继电器保护电路用于在继电器从吸合到断开的瞬间，根据继电器内感应线圈产生感应电动势并释放，从而保护继电器及其驱动电路。本发明解决了现有的用电台区信息仿真模拟系统仅能采用独立供电模式，无法实现台区组网和隔离的问题。

Description

一种应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统

技术领域

本发明属于电力设备领域，具体涉及一种应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统、方法。

背景技术

电网公司目前正在全面开展用电信息数字化集采系统建设。智能电能表、采集终端、通讯模块、现场作业设备得到大范围应用。这提高了用力信息集采工作的效率和准确性，但是也给基层计量工作人员的计量作业能力提出了新的要求，要求工作人员的能力需要想全面的综合能力方向发展。随着国网公司近几年来营销专业管理要求越来越高，计量相关系统应用技术不断深入，需要从营销专业的角度强化对基层人才的培训，以满足当前和未来计量专业不断发展建设对人才的需求。

为了提高现场工作人员的业务能力，需要使用的用电台区信息的仿真培训系统。现有的仿真培训装置采用了模块化设计，一台仿真培训装置配备的多个独立的多路三相功率源均采用独立供电模式，源与源之间无法通过载波进行通讯。这已经不能满足各网省公司对HPLC深化应用培训的需求。

发明内容

为了解决现有的用电台区信息仿真模拟系统仅能采用独立供电模式，无法实现台区组网和隔离的问题；本发明提供一种应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统。

本发明采用以下技术方案实现：

一种应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统，该台区组网及隔离系统包括：至少两个输出面板，至少两个三相功率源，至少两路独立供电线路，继电器，继电器驱动电路，继电器信号控制电路，主控CPU，载波总线，以及继电器保护电路。

其中，两个输出面板分别为第一输出面板和第二输出面板。三相功率源的数量与输出面板的数量相对应。本发明中分别为第一三相功率源和第二三相功率源。

两路独立供电线路，其数量与输出面板的数量相对应；分别为第一独立供电线路和第二独立供电线路。每路独立供电线路均连接一个输出面板与一个三相功率源。

继电器为一组常开触点；继电器的数量不少于十六个。各个三相功率源通过继电器连接到不同的独立供电线路上，进而实现由继电器对各个三相功率源与各个输出面板之间的通线的进行切换和调配。

继电器驱动电路用于接收一个状态信号，并根据状态信号生成一个驱动指令，通过驱动指令控制继电器的吸合或断开状态。

继电器信号控制电路用于接收一个控制信号，并根据控制信号生成用于调整继电器状态的一个状态信号；状态信号发送给继电器驱动电路。

主控CPU用于根据接收的一个台区控制指令生成控制信号，控制信号发送给继电器信号控制电路。

继电器保护电路用于在继电器从吸合到断开的瞬间，根据继电器内感应线圈产生感应电动势并释放，从而保护继电器及其驱动电路。

载波总线与各个独立供电线路通过航空插头连接，用于实现从独立台区状态到共零台区状态和共源台区状态的切换过程。

本发明的继电器保护电路能够保护作为开关作用的三极管不被感应电动势产生的电流击穿，同时继电器保护电路中，二极管并联且反接在继电器线圈两端，当继电器断开时通过二极管续流将产生的感应电动势消耗。

优选地，在独立台区状态下，各个三相功率源分别为对应的各个输出面板供电。

在共零台区状态下，各个三相功率源的A相、B相和C相保持与独立台区状态下相同的连接关系，同时将各个三相功率源的N相均连接到载波总线上，即实现不同功率源共零线的状态。

在共源台区模式下，选择任意一个三相功率源作为主供电电源，主供电电源连接到载波总线上进行供电，其余所有输出面板均连接到载波总线上进行受电，主供电电源为输出面板供电；其余三相功率源作为辅受电单元，不接入到载波总线；即实现不同输出面板供电线路的共源状态。

优选地，台区组网及隔离系统中，通过第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、串入并出芯片、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管的连接，共同构成继电器信号控制电路。

继电器信号控制电路中，串入并出芯片的管脚11、12、14分别连接到主控CPU。串入并出芯片的管脚4连接到第一电阻的1脚上。串入并出芯片的管脚5连接到第二电阻的1脚上。串入并出芯片的管脚6连接到第三电阻的1脚上。串入并出芯片的管脚7连接到第四电阻的1脚上。第一电阻的2脚连接到第一三极管的基极上。第二电阻的2脚连接到第二三极管的基极上。第三电阻的2脚连接到第三三极管的基极上。第四电阻的2脚连接到第四三极管的基极上。第一三极管、第二三极管、第三三极管和第四三极管的发射极均接GND。

优选地，台区组网及隔离系统中，通过串入并出芯片、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管，以及继电器驱动芯片、第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器、第六继电器、第七继电器、第八继电器、第九继电器、第十继电器、第十一继电器、第十二继电器、第十三继电器、第十四继电器、第十五继电器、第十六继电器、第一三相功率源、第二三相功率源、第一独立供电线路、第二独立供电线路、第一输出面板、第二输出面板的连接，共同构成继电器驱动电路；

继电器驱动电路中，继电器驱动芯片的1脚接串入并出芯片的15脚。继电器驱动芯片的2脚接串入并出芯片的1脚。继电器驱动芯片的3脚接串入并出芯片的2脚。继电器驱动芯片的4脚接串入并出芯片的3脚。继电器驱动芯片的8脚接GND。继电器驱动芯片的9脚接12V电源正极。继电器驱动芯片的13脚接第十六继电器的3脚。继电器驱动芯片的14脚接第十五继电器的3脚。继电器驱动芯片的14脚接第八继电器的3脚。继电器驱动芯片的15脚接第七继电器的3脚。第一三极管的集电极同时接第一继电器、第二继电器和第三继电器的3脚。第二三极管的集电极同时接第四继电器、第五继电器、第六继电器的3脚。第三三极管的集电极同时接第九继电器、第十继电器、第十一继电器的3脚。第四三极管的集电极同时接第十二继电器、第十三继电器、第十四继电器的3脚。第一继电器的1脚、第二继电器1脚、第三继电器的1脚、第七继电器的1脚分别接第一三相功率源的A相、B相、C相、N相。第一继电器的2脚、第二继电器的2脚、第三继电器的2脚、第七继电器的2脚分别接第一输出面板的A相、B相、C相、N相，并分别与第四继电器的1脚、第五继电器的1脚、第六继电器的1脚、第八继电器的1脚并联。第四继电器、第五继电器、第六继电器、第八继电器的2脚分别接第一独立供电线路的A相、B相、C相、N相。第九继电器的1脚、第十继电器的1脚、第十一继电器的1脚、第十五继电器的1脚分别接第二三相功率源的A相、B相、C相、N相。第九继电器的2脚、第十继电器的2脚、第十一继电器的2脚、第十五继电器的2脚分别接第二输出面板的A相、B相、C相、N相，并分别与第十二继电器的1脚、第十三继电器的1脚、第十四继电器的1脚、第十六继电器的1脚并联。第十二继电器、第十三继电器、第十四继电器、第十六继电器的2脚分别接第二独立供电线路的A相、B相、C相、N相；第一独立供电线路还与第二独立供电线路通过航空插头相连。

优选地，台区组网及隔离系统中，通过第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器、第六继电器、第九继电器、第十继电器、第十一继电器、第十二继电器、第十三继电器、第十四继电器、以及第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管的连接，构成继电器保护电路。

继电器保护电路中，第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器、第六继电器、第九继电器、第十继电器、第十一继电器、第十二继电器、第十三继电器、第十四继电器的4脚均接12V电源正极。第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管的2脚均接12V电源正极。第一继电器、第二继电器、第三继电器的3脚均接第一二极管的1脚。第四继电器、第五继电器、第六继电器的3脚均接第二二极管的1脚。第九继电器、第十继电器、第十一继电器的3脚均接第三二极管的1脚。第十二继电器、第十三继电器、第十四继电器的3脚均接第四二极管的1脚。

优选地，串入并出芯片选择型号为74HC595的8位串行输入、并行输出的位移缓存器；所述继电器驱动芯片选择型号为ULN2003A的芯片。

优选地，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻均选择的阻值为5100Ω，标称功率为5w的电阻。

优选地，第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器、第六继电器、第七继电器、第八继电器、第九继电器、第十继电器、第十一继电器、第十二继电器、第十三继电器、第十四继电器、第十五继电器、第十六继电器均选择型号为HF46F12-HS1T的功率继电器。

优选地，第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管均选择S9013型三极管；第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管均选择1N4148型二极管。

本发明中，主控CPU电路控制串入并出芯片的8个管脚。在每个三相功率源独立供电时，串入并出芯片的输出是低电平，这时所有三极管基极为低电平、达林顿管输出为低电平，所以所有三极管及达林顿管不导通，从而导致继电器不进行动作。只有当主控CPU控制的电平输入，串入并出芯片才能输出高电平，此时串入并出芯片的8个输出引脚对应控制16个继电器的动作。

具体地，继电器的状态包括吸合和断开两种，主控CPU控制各继电器吸合的过程如下：

主控CPU控制串入并出芯片15脚输出高电平通过继电器驱动电路的ULN2003A芯片16脚控制第七继电器吸合。主控CPU控制串入并出芯片1脚输出高电平通过继电器驱动芯片15脚控制第八继电器吸合。主控CPU控制串入并出芯片2脚输出高电平通过继电器驱动芯片14脚控制第十五继电器吸合。主控CPU控制串入并出芯片3脚输出高电平通过继电器驱动芯片13脚控制第十六继电器吸合。主控CPU控制串入并出芯片4脚控制第一三极管基极通断同时控制第一继电器、第二继电器、第三继电器吸合。主控CPU控制串入并出芯片5脚控制第二三极管基极通断同时控制第四继电器、第五继电器、第六继电器吸合。主控CPU控制串入并出芯片6脚控制第三三极管基极通断同时控制第九继电器、第十继电器、第十一继电器吸合。主CPU控制串入并出芯片7脚控制第四三极管基极通断同时控制第十二继电器、第十三继电器、第十四继电器吸合。

本发明还包括一种应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离方法，该台区组网及隔离方法采用前述一种应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统，实现独立台区、共零台区和共源台区三种运行模式的自由切换和高度仿真；该台区组网及隔离方法如下：

S1：常规状态下，系统处于独立台区的模式，各个三相功率源分别为相应的输出面板供电，此时台区处于隔离状态。

S2：需要进行台区组网时，主控CPU接收绑定台区的命令，然后进行降源操作。

S3：检测降源成功后，判断当前台区是共零台区还是共源台区：

(1)若为共零台区，则控制各继电器将三相功率源输出的N相线接入载波总线，同时将面板输入电路中的N线接入载波总线，此时各个输出面板的A、B、C相仍与对应的三相功率源通过独立供电线路连接；即保证所有三相功率源与所有输出面板共用了零线。

(2)若为共源台区，则进一步确定每个三相功率源为主供电电源还是辅受电电源：

(a)当判断某个三相功率源为主供电电源时，则控制对应继电器动作，将主供电单元的A相、B相、C相、N相四线接入载波总线，同时将输出面板的A相、B相、C相、N相四线通过继电器切换至载波总线；此时，当前输出面板的供电来自载波总线，并对所述主供电电源进行升源操作。

(b)当判断某个三相功率源为辅受电电源时，则控制对应继电器动作，将辅受电电源的A相、B相、C相、N相四线与载波总线断开，同时将对应的输出面板的A相、B相、C相、N相四线通过继电器切换至载波总线；此时，当前输出面板的供电来自载波总线；使得各个输出面板均由同一个三相功率源供电，即保证组成共源台区。

本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：

1、本发明提供的应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统中，包括多组三相功率源和多个输出面板，因而可以用于仿真模拟各种多样化的用电场景。满足不同培训项目的要求。

2、本发明提供的台区组网及隔离系统构成的仿真培训装置，可以在独立台区、共零台区、共源台区等不同工作模式下自由切换；功能更加丰富。

3、本发明提供的系统在切换过程中不会因为不同源三相功率源的输出角度不同引发电压峰值叠加而损毁仿真装置，组建的台区中，继电器保护电路将1N4148二极管作为继电器续流二极管使用，保证了在继电器断开后出现的感应电动势造成开关三极管的击穿，安全性大大增强。进而能够有效应对在仿真培训过程中因为学员误操作而对系统造成影响，保障系统和设备的稳定性和使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例1中一种应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统的系统模块图。

图2为本发明实施例1中继电器控制即保护电路部分的电路原理图。

图3为本发明实施例1中第一三相功率源及其对应的输出面板的电路原理图。

图4为本发明实施例1中第二三相功率源及其对应的输出面板的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的一种应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统包括：至少两个输出面板，至少两个三相功率源，至少两路独立供电线路，继电器，继电器驱动电路，继电器信号控制电路，主控CPU，载波总线，以及继电器保护电路。

其中，本实施例中的输出面板的数量为两个，两个输出面板分别为第一输出面板和第二输出面板。三相功率源的数量与输出面板的数量相对应。本实施例中分别为第一三相功率源和第二三相功率源。

两路独立供电线路，其数量与输出面板的数量相对应；分别为第一独立供电线路和第二独立供电线路。每路独立供电线路均实现一个输出面板与一个三相功率源的连通。

继电器为一组常开触点；继电器的数量不少于十六个。各个三相功率源通过继电器连接到不同的独立供电线路上，进而实现由继电器对各个三相功率源与各个输出面板之间的通路进行切换和调配。

继电器驱动电路用于接收一个状态信号，并根据状态信号生成一个驱动指令，通过驱动指令控制继电器的吸合或断开状态。

继电器信号控制电路用于接收一个控制信号，并根据控制信号生成用于调整继电器状态的一个状态信号；状态信号发送给继电器驱动电路。

主控CPU用于根据接收的一个台区控制指令生成控制信号，控制信号发送给继电器信号控制电路。

继电器保护电路用于在继电器从吸合到断开的瞬间，根据继电器内感应线圈产生感应电动势并释放，从而保护继电器及其驱动电路。

本实施提供的台区包括三种工作模式，分别为独立台区状态、共零台区状态、共源台区状态。

其中，在独立台区状态下，各个三相功率源分别为对应的各个输出面板供电。

在共零台区状态下，各个三相功率源的A相、B相和C相保持与独立台区状态下相同的连接关系，同时将各个三相功率源的N相均连接到载波总线上，即实现不同功率源共零线的状态。

在共源台区模式下，选择任意一个三相功率源作为主供电电源，主供电电源连接到载波总线上进行供电，其余所有输出面板均连接到载波总线上进行受电，主供电电源为输出面板供电；其余三相功率源作为辅受电单元，不接入到载波总线；即实现不同输出面板供电线路的共源状态。

本实施例中，系统的整体电路图如图2-图4所示。台区组网及隔离系统中，通过第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、串入并出芯片U1、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4的连接，共同构成继电器信号控制电路。

继电器信号控制电路中，串入并出芯片U1的管脚11、12、14分别连接到主控CPU。串入并出芯片U1的管脚4连接到第一电阻R1的1脚上。串入并出芯片U1的管脚5连接到第二电阻R2的1脚上。串入并出芯片U1的管脚6连接到第三电阻R3的1脚上。串入并出芯片U1的管脚7连接到第四电阻R4的1脚上。第一电阻R1的2脚连接到第一三极管Q1的基极上。第二电阻R2的2脚连接到第二三极管Q2的基极上。第三电阻R3的2脚连接到第三三极管Q3的基极上。第四电阻R4的2脚连接到第四三极管Q4的基极上。第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3和第四三极管Q4的发射极均接GND。

台区组网及隔离系统中，通过串入并出芯片U1、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4，以及继电器驱动芯片U2、第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3、第四继电器K4、第五继电器K5、第六继电器K6、第七继电器K7、第八继电器K8、第九继电器K9、第十继电器K10、第十一继电器K11、第十二继电器K12、第十三继电器K13、第十四继电器K14、第十五继电器K15、第十六继电器K16、第一三相功率源J3、第二三相功率源J4、第一独立供电线路J6、第二独立供电线路J8、第一输出面板J5、第二输出面板J7的连接，共同构成继电器驱动电路；

继电器驱动电路中，继电器驱动芯片U2的1脚接串入并出芯片U2的15脚。继电器驱动芯片U2的2脚接串入并出芯片U1的1脚。继电器驱动芯片U2的3脚接串入并出芯片U1的2脚。继电器驱动芯片U2的4脚接串入并出芯片U1的3脚。继电器驱动芯片U2的8脚接GND。继电器驱动芯片U2的9脚接12V电源正极。继电器驱动芯片U2的13脚接第十六继电器K16的3脚。继电器驱动芯片U2的14脚接第十五继电器K15的3脚。继电器驱动芯片U2的14脚接第八继电器K8的3脚。继电器驱动芯片U2的15脚接第七继电器K7的3脚。第一三极管Q1的集电极同时接第一继电器K1、第二继电器K2和第三继电器K3的3脚。第二三极管Q2的集电极同时接第四继电器K4、第五继电器K5、第六继电器K6的3脚。第三三极管Q3的集电极同时接第九继电器K9、第十继电器K10、第十一继电器K11的3脚。第四三极管Q4的集电极同时接第十二继电器K12、第十三继电器K13、第十四继电器K14的3脚。第一继电器K1的1脚、第二继电器K2的1脚、第三继电器K3的1脚、第七继电器K7的1脚分别接第一三相功率源J3的A相、B相、C相、N相。第一继电器K1的2脚、第二继电器K2的2脚、第三继电器K3的2脚、第七继电器K7的2脚分别接第一输出面板J5的A相、B相、C相、N相，并分别与第四继电器K4的1脚、第五继电器K5的1脚、第六继电器K6的1脚、第八继电器K8的1脚并联。第四继电器K4、第五继电器K5、第六继电器K6、第八继电器K8的2脚分别接第一独立供电线路J6的A相、B相、C相、N相。第九继电器K9的1脚、第十继电器K10的1脚、第十一继电器K11的1脚、第十五继电器K15的1脚分别接第二三相功率源J4的A相、B相、C相、N相。第九继电器K9的2脚、第十继电器K10的2脚、第十一继电器K11的2脚、第十五继电器K15的2脚分别接第二输出面板J7的A相、B相、C相、N相，并分别与第十二继电器K12的1脚、第十三继电器K13的1脚、第十四继电器K14的1脚、第十六继电器K16的1脚并联。第十二继电器K12、第十三继电器K13、第十四继电器K14、第十六继电器K16的2脚分别接第二独立供电线路J8的A相、B相、C相、N相；第一独立供电线路J6还与第二独立供电线路J8通过航空插头相连。

台区组网及隔离系统中，通过第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3、第四继电器K4、第五继电器K5、第六继电器K6、第九继电器K9、第十继电器K10、第十一继电器K11、第十二继电器K12、第十三继电器K13、第十四继电器K14、以及第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4的连接，构成继电器保护电路。

继电器保护电路中，第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3、第四继电器K4、第五继电器K5、第六继电器K6、第九继电器K9、第十继电器K10、第十一继电器K11、第十二继电器K12、第十三继电器K13、第十四继电器K14的4脚均接12V电源正极。第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4的2脚均接12V电源正极。第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3的3脚均接第一二极管D1的1脚。第四继电器K4、第五继电器K5、第六继电器K6的3脚均接第二二极管D2的1脚。第九继电器K9、第十继电器K10、第十一继电器K11的3脚均接第三二极管D3的1脚。第十二继电器K12、第十三继电器K13、第十四继电器K14的3脚均接第四二极管D4的1脚。

串入并出芯片U1选择型号为74HC595的8位串行输入、并行输出的位移缓存器；所述继电器驱动芯片选择型号为ULN2003A的芯片。

第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4均选择的阻值为5100Ω，标称功率为5w的电阻。

本实施例中，第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3、第四继电器K4、第五继电器K5、第六继电器K6、第七继电器K7、第八继电器K8、第九继电器K9、第十继电器K10、第十一继电器K11、第十二继电器K12、第十三继电器K13、第十四继电器K14、第十五继电器K15、第十六继电器K16均选择型号为HF46F12-HS1T的功率继电器。

第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4均选择S9013型三极管；第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4均选择1N4148型二极管。

本实施例中，主控CPU电路控制串入并出芯片U1的8个管脚。在每个三相功率源独立供电时，串入并出芯片U1的输出是低电平，这时所有三极管基极为低电平、达林顿管输出为低电平，所以所有三极管及达林顿管不导通，从而导致继电器不进行动作。只有当主控CPU控制的电平输入，串入并出芯片U1才能输出高电平，此时串入并出芯片U1的8个输出引脚对应控制16个继电器的动作。

具体地，继电器的状态包括吸合和断开两种，主控CPU控制各继电器吸合的过程如下：

主控CPU控制串入并出芯片U1的15脚输出高电平，并通过继电器驱动电路的ULN2003A芯片16脚控制第七继电器K7吸合。主控CPU控制串入并出芯片U1的1脚输出高电平，并能够通过继电器驱动芯片的15脚控制第八继电器K8吸合。主控CPU控制串入并出芯片U1的2脚输出高电平，通过继电器驱动芯片的14脚控制第十五继电器K15吸合。主控CPU控制串入并出芯片U1的3脚输出高电平，通过继电器驱动芯片的13脚控制第十六继电器K16吸合。主控CPU控制串入并出芯片U1的4脚控制第一三极管Q3基极通断，同时控制第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3吸合。主控CPU控制串入并出芯片U1的5脚控制第二三极管Q2基极通断，同时控制第四继电器K4、第五继电器K5、第六继电器K6吸合。主控CPU控制串入并出芯片U1的6脚控制第三三极管Q3基极通断，同时控制第九继电器K9、第十继电器K10、第十一继电器K11吸合。主CPU控制串入并出芯片U1的7脚控制第四三极管Q4基极通断，同时控制第十二继电器K12、第十三继电器K13、第十四继电器K14吸合。

本实施例中，继电器保护电路能够保护作为开关作用的三极管不被感应电动势产生的电流击穿，同时继电器保护电路中，二极管并联且反接在继电器线圈两端，当继电器断开时通过二极管续流将产生的感应电动势消耗。

具体地，本实施例中的主控CPU控制串入并出芯片U1输出高电平信号，使三极管与继电器驱动芯片导通，从而控制继电器吸合。二极管反向并联在继电器电压控制脚用于继电器从吸合到断开的瞬间因为继电器内感应线圈产生感应电动势的释放，用来保护作为开关作用的三极管不被感应电动势产生电电流击穿，当继电器断开时通过二极管续流功能将产生的感应电动势消耗。因此，本实施例中系统具有更高的安全性和使用寿命，在模拟培训过程，进行频繁的操作甚至是误操作也可以保持稳定，而不至于损坏。

本实施例中的串入并出芯片U1采用了74HC595芯片，芯片的11脚、12脚、14脚作为输入控制端，1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、15脚、作为输出控制端。当芯片的输出控制端输出高电平，则继电器驱动芯片与三极管导通，输出控制端输出低电平，则继电器驱动芯片与三极管关断，其组合方式为当串入并出芯片U1的1脚、3脚、4脚、5脚、7脚、15脚为高电平时对应第八继电器K8、第十六号继电器K16、第四继电器K4、第五继电器K5、第六继电器K6、第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3、第十二继电器K12、第十三继电器K13、第十四继电器K14、第七继电器K7吸合；此时第一三相功率源J3作为主供电电源为第一独立供电线路J6及第一输出面板J5供电，第二输出面板J7通过第二独立供电线路J8取电，从而组成共源台区。

若组合方式为串入并出芯片U1的1脚、2脚、3脚、4脚、6脚、15脚高电平时对应第八继电器K8、第十五继电器K15、第十六继电器K16、第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3、第九继电器K9、第十继电器K10、第十一继电器K11、第七继电器K7吸合；则第一三相功率源J3的A相、B相、C相和N相输出到第一输出面板J5，且第一三相功率源J3的N相并联到第一独立供电线路J6上，第二三相功率源J4的A相、B相、C相和N向输出到第二输出面板J7，且第二三相功率源J4的N相并联到第二独立供电线路J8上实现共零台区组成。

若组合方式为串入并出芯片U1的3脚、4脚、6脚、15脚为高电平时，对应15号继电器、1号继电器、2号继电器、3号继电器、9号继电器、10号继电器、11号继电器、7号继电器吸合；此时第一三相功率源J3的A相、B相、C相、N相输出到第一输出面板J5不与第一独立供电线路J6连接，第二三相功率源J4的A相、B相、C相、N相输出到第二输出面板J7不与第二独立供电线路J8连接，实现独立台区组成；各路三相功率源的电压总线通过航空插头连接。

以上介绍为本实施例中使用两个三相功率源和两个输出面板的情况，依次类推可采用类似的方式构成包含多个多路三相功率源的共源台区、共零台区、独立台区的三种模式的实现。

结合上述一种应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统，还需要采用一种应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离方法，实现独立台区、共零台区和共源台区三种运行模式的自由切换和高度仿真；本实施例中，该台区组网及隔离方法如下：

S1：常规状态下，系统处于独立台区的模式，各个三相功率源分别为相应的输出面板供电，此时台区处于隔离状态。

S2：需要进行台区组网时，主控CPU接收绑定台区的命令，然后进行降源操作。

S3：检测降源成功后，判断当前台区是共零台区还是共源台区：

(1)若为共零台区，则控制各继电器将三相功率源输出的N相线接入载波总线，同时将面板输入电路中的N线接入载波总线，此时各个输出面板的A、B、C相仍与对应的三相功率源通过独立供电线路连接；即保证所有三相功率源与所有输出面板共用了零线。

(2)若为共源台区，则进一步确定每个三相功率源为主供电电源还是辅受电电源：

(a)当判断某个三相功率源为主供电电源时，则控制对应继电器动作，将主供电单元的A相、B相、C相、N相四线接入载波总线，同时将输出面板的A相、B相、C相、N相四线通过继电器切换至载波总线；此时，当前输出面板的供电来自载波总线，并对主供电电源进行升源操作。

(b)当判断某个三相功率源为辅受电电源时，则控制对应继电器动作，将辅受电电源的A相、B相、C相、N相四线与载波总线断开，同时将对应的输出面板的A相、B相、C相、N相四线通过继电器切换至载波总线；此时，当前输出面板的供电来自载波总线；使得各个输出面板均由同一个三相功率源供电，即保证组成共源台区。

基于上述台区组网及隔离方法，本实施例提供的应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统可以通过多组三相功率源和多个输出面板，仿真模拟出各种多样化的用电场景。满足不同培训项目的要求。

此外，本实施例提供的台区组网及隔离系统构成的仿真培训装置，可以在独立台区、共零台区、共源台区等不同工作模式下自由切换。功能更加丰富，训练效果更加全面。

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)

1.一种应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统，其特征在于，所述台区组网及隔离系统包括：

至少两个输出面板，分别为第一输出面板和第二输出面板；

至少两个三相功率源，其与所述输出面板的数量相对应；分别为第一三相功率源和第二三相功率源；

至少两路独立供电线路，其与所述输出面板的数量相对应；分别为第一独立供电线路和第二独立供电线路；每路所述独立供电线路均连接一个所述输出面板与一个所述三相功率源；

继电器，其为一组常开触点，所述继电器的数量不少于十六个；各个三相功率源通过所述继电器连接到不同的所述独立供电线路上，进而实现由所述继电器对各个所述三相功率源与各个所述输出面板之间的通路进行切换和调配；

继电器驱动电路，其用于接收一个状态信号，并根据所述状态信号生成一个驱动指令，通过所述驱动指令控制所述继电器的吸合或断开状态；

继电器信号控制电路，其用于接收一个控制信号，并根据所述控制信号生成用于调整所述继电器状态的一个状态信号；所述状态信号发送给所述继电器驱动电路；

主控CPU，其用于根据接收的一个台区控制指令生成所述控制信号，所述控制信号发送给所述继电器信号控制电路；

继电器保护电路，其用于在所述继电器从吸合到断开的瞬间，根据继电器内感应线圈产生感应电动势并释放，从而保护所述继电器及其驱动电路；以及

载波总线，其与所述独立供电线路通过航空插头连接，用于实现从独立台区状态到共零台区状态和共源台区状态的切换过程。

2.如权利要求1所述的应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统，其特征在于：

在独立台区状态下，各个三相功率源分别为对应的各个输出面板供电；

在共零台区状态下，各个所述三相功率源的A相、B相和C相保持与独立台区状态下相同的连接关系，同时将各个所述三相功率源的N相均连接到所述载波总线上，即实现不同功率源共零线的状态；

在共源台区模式下，选择任意一个三相功率源作为主供电电源，主供电电源连接到载波总线上，其余所有输出面板均连接到载波总线上，所述主供电电源为所述输出面板供电；其余三相功率源作为辅受电单元，不接入到所述载波总线；即实现不同输出面板供电线路的共源状态。

3.如权利要求1所述的应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统，其特征在于：所述台区组网及隔离系统中，通过第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、串入并出芯片、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管的连接，共同构成所述继电器信号控制电路；

所述继电器信号控制电路中，所述串入并出芯片的管脚11、12、14分别连接到主控CPU；所述串入并出芯片的管脚4连接到所述第一电阻的1脚上；所述串入并出芯片的管脚5连接到所述第二电阻的1脚上；所述串入并出芯片的管脚6连接到所述第三电阻的1脚上；所述串入并出芯片的管脚7连接到所述第四电阻的1脚上；所述第一电阻的2脚连接到所述第一三极管的基极上；所述第二电阻的2脚连接到所述第二三极管的基极上；所述第三电阻的2脚连接到所述第三三极管的基极上；所述第四电阻的2脚连接到所述第四三极管的基极上；所述第一三极管、第二三极管、第三三极管和第四三极管的发射极均接GND。

4.如权利要求3所述的应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统，其特征在于：所述台区组网及隔离系统中，通过所述串入并出芯片、所述第一三极管、所述第二三极管、所述第三三极管、所述第四三极管，以及继电器驱动芯片、第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器、第六继电器、第七继电器、第八继电器、第九继电器、第十继电器、第十一继电器、第十二继电器、第十三继电器、第十四继电器、第十五继电器、第十六继电器、所述第一三相功率源、所述第二三相功率源、所述第一独立供电线路、所述第二独立供电线路、所述第一输出面板、所述第二输出面板的连接，共同构成所述继电器驱动电路；

所述继电器驱动电路中，所述继电器驱动芯片的1脚接所述串入并出芯片的15脚；所述继电器驱动芯片的2脚接所述串入并出芯片的1脚；所述继电器驱动芯片的3脚接所述串入并出芯片的2脚；所述继电器驱动芯片的4脚接所述串入并出芯片的3脚；所述继电器驱动芯片的8脚接GND；所述继电器驱动芯片的9脚接12V电源正极；所述继电器驱动芯片的13脚接所述第十六继电器的3脚；所述继电器驱动芯片的14脚接所述第十五继电器的3脚；所述继电器驱动芯片的14脚接所述第八继电器的3脚；所述继电器驱动芯片的15脚接所述第七继电器的3脚；所述第一三极管的集电极同时接所述第一继电器、所述第二继电器和所述第三继电器的3脚；所述第二三极管的集电极同时接所述第四继电器、所述第五继电器、所述第六继电器的3脚；所述第三三极管的集电极同时接所述第九继电器、所述第十继电器、所述第十一继电器的3脚；所述第四三极管的集电极同时接所述第十二继电器、所述第十三继电器、所述第十四继电器的3脚；所述第一继电器的1脚、所述第二继电器1脚、所述第三继电器的1脚、所述第七继电器的1脚分别接所述第一三相功率源的A相、B相、C相、N相；所述第一继电器的2脚、所述第二继电器的2脚、所述第三继电器的2脚、所述第七继电器的2脚分别接所述第一输出面板的A相、B相、C相、N相，并分别与所述第四继电器的1脚、所述第五继电器的1脚、所述第六继电器的1脚、所述第八继电器的1脚并联；所述第四继电器、所述第五继电器、所述第六继电器、所述第八继电器的2脚分别接所述第一独立供电线路的A相、B相、C相、N相；所述第九继电器的1脚、所述第十继电器的1脚、所述第十一继电器的1脚、所述第十五继电器的1脚分别接所述第二三相功率源的A相、B相、C相、N相；所述第九继电器的2脚、所述第十继电器的2脚、所述第十一继电器的2脚、所述第十五继电器的2脚分别接所述第二输出面板的A相、B相、C相、N相，并分别与所述第十二继电器的1脚、所述第十三继电器的1脚、所述第十四继电器的1脚、所述第十六继电器的1脚并联；所述第十二继电器、所述第十三继电器、所述第十四继电器、所述第十六继电器的2脚分别接所述第二独立供电线路的A相、B相、C相、N相；所述第一独立供电线路还与所述第二独立供电线路通过航空插头相连。

5.如权利要求4所述的应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统，其特征在于：所述台区组网及隔离系统中，通过所述第一继电器、所述第二继电器、所述第三继电器、所述第四继电器、所述第五继电器、所述第六继电器、所述第九继电器、所述第十继电器、所述第十一继电器、所述第十二继电器、所述第十三继电器、所述第十四继电器、以及第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管的连接，构成所述继电器保护电路；

所述继电器保护电路中，所述第一继电器、所述第二继电器、所述第三继电器、所述第四继电器、所述第五继电器、所述第六继电器、所述第九继电器、所述第十继电器、所述第十一继电器、所述第十二继电器、所述第十三继电器、所述第十四继电器的4脚均接12V电源正极；所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管、所述第四二极管的2脚均接12V电源正极；所述第一继电器、所述第二继电器、所述第三继电器的3脚均接所述第一二极管的1脚；所述第四继电器、所述第五继电器、所述第六继电器的3脚均接所述第二二极管的1脚；所述第九继电器、所述第十继电器、所述第十一继电器的3脚均接所述第三二极管的1脚；所述第十二继电器、所述第十三继电器、所述第十四继电器的3脚均接所述第四二极管的1脚。

6.如权利要求5所述的应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统，其特征在于：所述串入并出芯片选择型号为74HC595的8位串行输入、并行输出的位移缓存器；所述继电器驱动芯片选择型号为ULN2003A的芯片。

7.如权利要求5所述的应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统，其特征在于：所述第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻均选择的阻值为5100Ω，标称功率为5w的电阻。

8.如权利要求5所述的应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统，其特征在于：所述第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器、第六继电器、第七继电器、第八继电器、第九继电器、第十继电器、第十一继电器、第十二继电器、第十三继电器、第十四继电器、第十五继电器、第十六继电器均选择型号为HF46F12-HS1T的功率继电器。

9.如权利要求5所述的应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统，其特征在于：所第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管均选择S9013型三极管；所述第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管均选择1N4148型二极管。

10.一种应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离方法，其特征在于，所述台区组网及隔离方法采用如权利要求1-9任意一项所述的一种应用微型多路三相功率源的台区组网及隔离系统，实现独立台区、共零台区和共源台区三种运行模式的自由切换和高度仿真；所述台区组网及隔离方法如下：

S1：常规状态下，系统处于独立台区的模式，各个三相功率源分别为相应的输出面板供电，此时台区处于隔离状态；

S2：需要进行台区组网时，主控CPU接收绑定台区的命令，然后进行降源操作；

S3：检测降源成功后，判断当前台区是共零台区还是共源台区：

(1)若为共零台区，则控制各继电器将三相功率源输出的N相线接入载波总线，同时将面板输入电路中的N线接入载波总线，此时各个输出面板的A、B、C相仍与对应的三相功率源通过独立供电线路连接；即保证所有三相功率源与所有输出面板共用了零线；

(2)若为共源台区，则进一步确定每个三相功率源为主供电电源还是辅受电电源：

(a)当判断某个三相功率源为主供电电源时，则控制对应继电器动作，

将主供电单元的A相、B相、C相、N相四线接入载波总线，同时将输出面板的A相、B相、C相、N相四线通过继电器切换至载波总线；此时，当前输出面板的供电来自载波总线，并对所述主供电电源进行升源操作；

(b)当判断某个三相功率源为辅受电电源时，则控制对应继电器动作，

将辅受电电源的A相、B相、C相、N相四线与载波总线断开，同时将对应的输出面板的A相、B相、C相、N相四线通过继电器切换至载波总线；此时，当前输出面板的供电来自载波总线；使得各个输出面板均由同一个三相功率源供电，即保证组成共源台区。

Images