一種帶有虛擬電流源的三相電能表現場校驗儀的制作方法

專利名稱:一種帶有虛擬電流源的三相電能表現場校驗儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種帶有虛擬電流源的三相電能表現場校驗儀，設有虛擬電流負載發生單元和虛擬電流取樣單元，虛擬電流負載發生單元包括依次相連的電壓信號取樣單元、過零比較單元、信號采集與數據處理單元、數模轉換單元、功率放大單元和電流輸出單元，信號反饋單元連接功率放大單元和電流輸出單元，第二通訊單元連接信號采集與數據處理單元，電壓信號取樣單元的輸入端、信號采集與數據處理單元分別和校驗儀的電壓輸入端子、人機界面工控板相連，電流輸出單元和虛擬電流取樣單元及校驗儀的電流輸出端子相連。本實用新型在無電流負載情況下仍能對電能表進行不同負載點的誤差測試，并可判斷電能表的現場運行情況，使用靈活，適用于不同場合。
【專利說明】一種帶有虛擬電流源的三相電能表現場校驗儀

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種電能表校驗儀，尤其涉及一種帶有虛擬電流源的三相電能表 現場校驗儀。

【背景技術】
[0002] 目前使用的三相電能表現場校驗儀功能比較多，顯示內容也較豐富，但都存在一 個問題，當現場碰到無電流負載情況時就很難對電能表進行誤差測試。有的廠家干脆采用 電容做負載，有的采用燈泡做實負載，負載電流和相位比較固定，且電容做負載時電流波形 也不好，無法全面地對電能表進行現場誤差測試。


【發明內容】

[0003] 本實用新型主要解決當現場碰到無電流負載情況時，原有三相電能表現場校驗儀 無法全面地對電能表進行現場誤差測試的技術問題；提供一種帶有虛擬電流源的三相電能 表現場校驗儀，在用戶端無電流負載情況時也能全面地對三相電能表進行現場誤差測試， 并可判斷電能表的現場運行情況。
[0004] 本實用新型的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：本實用新型包 括三相模擬電壓采樣單元、三相模擬電流采樣單元、多通道A/D模數轉換單元、采樣時序控 制單元、數據處理單元、第一通訊單元、人機界面工控板單元、鍵盤單元、顯示單元、誤差計 算單元、存IC單元、脈沖輸出單元、脈沖輸入單元和虛擬電流負載發生單元、虛擬電流取樣 單元，三相模擬電壓采樣單元、三相模擬電流采樣單元、采樣時序控制單元及數據處理單元 分別和所述的多通道A/D模數轉換單元相連，數據處理單元又分別和所述的三相模擬電壓 采樣單元、三相模擬電流采樣單元、采樣時序控制單元及人機界面工控板單元相連，人機界 面工控板單元分別和所述的鍵盤單元、顯示單元、誤差計算單元、存貯單元及第一通訊單元 相連，脈沖輸出單元連接在采樣時序控制單元和誤差計算單元之間，脈沖輸入單元和誤差 計算單元相連，所述的虛擬電流負載發生單元的輸入端和所述的三相模擬電壓采樣單元相 連，虛擬電流負載發生單元的控制端和所述的人機界面工控板單元相連，虛擬電流負載發 生單元的輸出端和所述的虛擬電流取樣單元的輸入端相連，虛擬電流取樣單元的輸出端和 所述的多通道A/D模數轉換單元相連。本技術方案中，和現有的電能表校驗儀相比就是增 設了虛擬電流負載發生單元和虛擬電流取樣單元，故其它各功能模塊的工作原理在此不再 作過多描述。虛擬電流負載發生單元通過三相模擬電壓采樣單元中某一相電壓端子取電， 經過各種處理，轉換成電流信號輸送給虛擬電流取樣單元，并輸出到安裝在校驗儀面板上 的電流輸出端子上，將產生的電流虛擬負荷信號串接到被檢三相電能表的接口，對三相電 能表進行電能誤差測試。虛擬電流取樣單元經CT取樣和A/D轉換，由校驗儀內部測量板進 行測量可實時監測電壓和電流信號，并將相應的測量值如頻率、幅值、相位和功率等傳給人 機界面工控板單元，通過顯示單元進行顯示。因此，在用戶端無電流負載情況時也能全面地 對三相電能表進行現場誤差測試，并可判斷電能表的現場運行情況。
[0005] 作為優選，所述的虛擬電流負載發生單元包括電壓信號取樣單元、過零比較單元、 信號采集與數據處理單元、數模轉換單元、功率放大單元、電流輸出單元、信號反饋單元和 第二通訊單元，電壓信號取樣單元、過零比較單元、信號采集與數據處理單元、數模轉換單 元、功率放大單元和電流輸出單元依次相連，電壓信號取樣單元的輸入端和所述的三相模 擬電壓采樣單元中的A相電壓輸入端子相連，信號采集與數據處理單元和所述的人機界面 工控板單元相連，第二通訊單元和所述的信號采集與數據處理單元相連，信號反饋單元的 輸入端和所述的電流輸出單元相連，信號反饋單元的輸出端和所述的功率放大單元相連， 電流輸出單元和所述的虛擬電流取樣單元的輸入端相連。電壓信號取樣單元通過A相電壓 端子（市電）取電，并隔離轉換成3V交流電壓信號，經過過零比較單元產生方波信號，方波 信號分別接入信號采集與數據處理單元進行頻率捕獲、相位鎖存和相位跟蹤，根據捕獲頻 率對頻率基準進行倍頻，根據倍頻頻率響應中斷并計算好波形數據實時向數模轉換單元高 速發送數據，以合成所需要的各種波形（正弦波、各種含量諧波等），輸入到功率放大單元， 功率放大單元對模擬信號進行放大，經過電流輸出單元輸出電流虛擬負荷信號，并通過信 號反饋單元跟蹤幅值和相位。將產生的電流虛擬負荷信號串接到被檢電能表接口，對電能 表進行電能誤差測試。其中，功率放大單元采用集成功率運算放大器，其輸出效率高，發熱 量低，負載特性好，可靠性高，具有體積小、重量輕的特點，特別適合在現場設備上使用。通 過第二通訊單元接收上位機命令控制模擬信號的發生。
[0006] 虛擬電流負載發生單元的正弦波信號由信號采集與數據處理單元及數模轉換單 元完成。信號采集與數據處理單元中的處理器首先將一個周波的信號分成36000點存放 在FLASH中，根據預設的相位計算相應的取點位置，從取點位置開始，每隔50點取一個波形 數據存放在內部RAM中，總共720點，相位分辨率為0. 0Γ，然后根據所設置的電流幅值大 小將720個波形點乘以一定比例的系數通過外部中斷將波形數據傳給數模轉換單元，每中 斷一次發送一個波形點數據，中斷720次完成一個周波數據的發送，如此循環動作，通過數 模轉換單元即可產生連續的正弦波信號。虛擬電流負載發生單元采用單量程輸出，最大為 6A，幅值和相位可設，虛擬電流信號的幅值和相位可通過人機界面工控板單元控制，通過鍵 盤單元切換，可輸出不同幅值和相位的電流。
[0007] 本實用新型三相電能表現場校驗儀CPU采用ST公司的STM32F207處理器，對三相 電壓、三電流信號進行同步采樣，每個周波采樣512點，有功功率計算方法采用常規方式進 行計算：P = U1XVU2XI2+. .U512X I512;視在功率采用插點方式計算，具體方法如下：將電 壓、電流的采樣數據每個數據之間插一個點，大小為兩個數據的平均值，這樣電壓、電流一 個周波的采樣數據就擴展到1024點，然后通過找電壓、電流采樣數據的過零點（且為同一 變化方向），將電壓、電流過零點數據排第一位，其他數據按序重新排列，
[0008] 則視在功率 S = (U1X IJU2X I2+. · U應 X I應)/2，
[0009] 則無功功率

【權利要求】
1. 一種帶有虛擬電流源的三相電能表現場校驗儀，其特征在于包括三相模擬電壓采 樣單元（1)、三相模擬電流采樣單元（2)、多通道A/D模數轉換單元（3)、采樣時序控制單元 (4)、數據處理單元（5)、第一通訊單元（6)、人機界面工控板單元（7)、鍵盤單元（8)、顯示單 元（9)、誤差計算單元（10)、存IC單元（11)、脈沖輸出單元（12)、脈沖輸入單元（13)和虛擬 電流負載發生單元（14)、虛擬電流取樣單元（15)，三相模擬電壓采樣單元（1)、三相模擬電 流采樣單元（2)、采樣時序控制單元（4)及數據處理單元（5)分別和所述的多通道A/D模 數轉換單元（3)相連，數據處理單元（5)又分別和所述的三相模擬電壓采樣單元（1)、三相 模擬電流采樣單元（2)、采樣時序控制單元（4)及人機界面工控板單元（7)相連，人機界面 工控板單元（7)分別和所述的鍵盤單元（8)、顯示單元（9)、誤差計算單元（10)、存貯單元 (11)及第一通訊單元（6)相連，脈沖輸出單元（12)連接在采樣時序控制單元（4)和誤差 計算單元（10)之間，脈沖輸入單元（13)和誤差計算單元（10)相連，所述的虛擬電流負載 發生單元（14)的輸入端和所述的三相模擬電壓采樣單元（1)相連，虛擬電流負載發生單元 (14)的控制端和所述的人機界面工控板單元（7)相連，虛擬電流負載發生單元（14)的輸出 端和所述的虛擬電流取樣單元（15)的輸入端相連，虛擬電流取樣單元（15)的輸出端和所 述的多通道A/D模數轉換單元（3)相連。2. 根據權利要求1所述的一種帶有虛擬電流源的三相電能表現場校驗儀，其特征在于 所述的虛擬電流負載發生單元（14)包括電壓信號取樣單元（141)、過零比較單元（142)、 信號采集與數據處理單元（143)、數模轉換單元（144)、功率放大單元（145)、電流輸出單元 (146)、信號反饋單元（147)和第二通訊單元（148)，電壓信號取樣單元（141)、過零比較單 元（142)、信號采集與數據處理單元（143)、數模轉換單元（144)、功率放大單元（145)和電 流輸出單元（146)依次相連，電壓信號取樣單元（141)的輸入端和所述的三相模擬電壓采 樣單元（1)中的A相電壓輸入端子相連，信號采集與數據處理單元（143)和所述的人機界 面工控板單元（7)相連，第二通訊單元（148)和所述的信號采集與數據處理單元（143)相 連，信號反饋單元（147)的輸入端和所述的電流輸出單元（146)相連，信號反饋單元（147) 的輸出端和所述的功率放大單元（145)相連，電流輸出單元（146)和所述的虛擬電流取樣 單元（15)的輸入端相連。3. 根據權利要求2所述的一種帶有虛擬電流源的三相電能表現場校驗儀，其特征在于 所述的電壓信號取樣單元（141)包括變壓器PT和運放U5,所述的過零比較單元（142)包括 運放U6、反相器U20F、反相器U20E和三極管Q3,變壓器PT的輸入線圈的一端經電阻Rl及 電阻R2和接口 J2的2腳相連，變壓器PT的輸入線圈的另一端和接口 J2的1腳相連，變壓 器PT的輸出線圈的兩端之間連接有穩壓管D1，穩壓管Dl的一端和運放U5的反相輸入端 相連，穩壓管Dl的另一端接地AGND，運放U5的同相輸入端接地AGND，運放U5的反相輸入 端和運放U5的輸出端之間連接有電阻R3和電容Cl的并聯電路，運放U5的輸出端經電阻 R4和運放U6的反相輸入端相連，運放U6的反相輸入端經電容C2接地AGND，運放U6的同 相輸入端既經電阻R5接地AGND又經電阻R6和運放U6的輸出端相連，運放U6的輸出端和 二極管D2的正極相連，二極管D2的負極既經電阻R7接地DGND又和電阻R8的一端相連， 電阻R8的另一端既和反相器U20F的輸入端相連又和二極管D3的負極相連，二極管D3的 正極接地DGND，反相器U20F的輸出端和反相器U20E的輸入端相連，反相器U20F的輸出端 及反相器U20E的輸出端分別和三腳跳線Jll的1腳及3腳相連，三腳跳線Jll的2腳和三 極管Q3的基極相連，三極管Q3的發射極接地DGND，三極管Q3的基極和發射極之間連接有 電阻R9,三極管Q3的集電極既經電阻RlO接電壓VDD33又和所述的信號采集與數據處理單 元（143)相連。4. 根據權利要求2所述的一種帶有虛擬電流源的三相電能表現場校驗儀，其特征在于 所述的數模轉換單元（144)包括數模轉換器U3、并聯穩壓器U4、運放U7和運放U8,數模轉 換器U3采用AD669數模轉換芯片，并聯穩壓器U4采用TL431并聯穩壓器；并聯穩壓器U4 的1腳和電阻R12的一端相連，電阻R12的另一端，一路和所述的信號采集與數據處理單元 (143)相連，另一路經電阻Rll接地AGND，并聯穩壓器U4的2腳、3腳、6腳及7腳均接地 AGND，并聯穩壓器U4的1腳和8腳相連并且經電阻R13及電阻R14和運放U7的同相輸入 端相連，電阻R13和電阻R14的并接點經電容C3和運放U7的輸出端相連，運放U7的同相 輸入端經電容C4接地AGND，運放U7的反相輸入端，一路經電阻R15接地AGND，另一路經電 阻R16和電阻R17的并聯電路和運放U7的輸出端相連；數模轉換器U3的1腳、2腳及3腳 分別接電壓-12V、電壓+12V及電壓5V，數模轉換器U3的4腳及5腳均接地DGND，數模轉換 器U3的6腳?22腳分別和所述的信號采集與數據處理單元（143)相連，數模轉換器U3的 23腳和三腳跳線J8的2腳相連，三腳跳線J8的1腳及3腳分別連到所述的信號采集與數 據處理單元（143)，數模轉換器U3的24腳接地AGND，數模轉換器U3的26腳和28腳之間 連接有可調電阻VR2,數模轉換器U3的27腳和28腳之間連接有電阻R18,數模轉換器U3 的25腳經電阻R21和運放U8的反相輸入端相連，運放U8的同相輸入端接地AGND，運放U8 的反相輸入端和輸出端之間連接有電阻R19、電阻R20和電容C5的并聯電路，運放U7的輸 出端及運放U8的輸出端分別和所述的功率放大單元（145)的輸入端相連。5. 根據權利要求2或3或4所述的一種帶有虛擬電流源的三相電能表現場校驗儀，其 特征在于所述的電流輸出單元（146)包括升流器Sl和反饋互感器S2,所述的信號反饋單元 (147)包括變壓器PTl和運放U9,升流器Sl的輸入線圈的兩端分別和所述的功率放大單元 (145)的輸出端相連，升流器Sl的輸出線圈的一端和反饋互感器S2的輸入線圈的一端相 連，升流器Sl的輸出線圈的另一端及反饋互感器S2的輸入線圈的另一端和校驗儀的電流 輸出端子及所述的虛擬電流取樣單元（15)的輸入端相連，反饋互感器S2的輸出線圈的兩 端分別和變壓器PTl的輸入線圈的兩端相連，變壓器PTl的輸出線圈的兩端之間連接有穩 壓管D8,穩壓管D8的一端接地，穩壓管D8的另一端和運放U9的反相輸入端相連，運放U9 的反相輸入端和運放U9的輸出端之間連接有電阻R43和電容C15的并聯電路，運放U9的 同相輸入端接地，運放U9的輸出端和所述的功率放大單元（145)相連。
【文檔編號】G01R35-04GK204269808SQ201420715109
【發明者】袁建香 [申請人]浙江涵普電力科技有限公司