一种三相虚负荷发生器的制作方法

本实用新型涉及交流电源技术领域，具体的，涉及一种用于电力运维现场的电能计量装置提供三相正弦波交流电的三相虚负荷发生器。

背景技术：

电力计量装置在电力公司出售电能中具有重要作用，为了保证正确的电能计量，电力运维现场通常需要对电力计量装置进行多重功能的测试，以确保电力计量装置的精确性。在对电力计量装置进行功能测试时，例如，对电力计量装置进行失压、失流、断相等功能测试时，通常需要向电力计量装置提供三相正弦波交流电源。

而现有三相电源技术解决方案多为针对实验室研发的大型固定类设备，设备运行多依靠室内预留的220V电源插口，设备不但大型还无法移动，在复杂的电力运维现场环境下几乎无法使用。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是提供一种能为电力运维场的电力计量装置进行上电测试，无需外接任何电源即可实现对电力运维场所的多种电力计量装置进行快速上电的三相虚负荷发生器。

为了实现上述主要目的，本实用新型提供的三相虚负荷发生器包括主控电路、直流电源电路、电压转换电路、电流转换电路、电压采样电路、电流采样电路、继电器控制电路以及通信接口电路，直流电源电路向主控电路、电压转换电路、电流转换电路、电压采样电路、电流采样电路以及通信接口电路提供电源；主控电路向电压转换电路发送第一PWM驱动信号，电压转换电路根据第一PWM驱动信号将直流电源电路提供的直流电压转换成交流电压输出；主控电路向电流转换电路发送第二PWM驱动信号，电流转换电路根据第二PWM驱动信号将直流电源电路提供的直流电流转换成交流电流输出；电压采样电路获取电压转换电路的电压输出端的电压采样信号，电压采样电路将电压采样信号发送至主控电路；电流采样电路获取电流转换电路的电流输出端的电流采样信号，电流采样电路将电流采样信号发送至主控电路；继电器控制电路分别与主控电路和电流输出端电连接，主控电路向继电器控制电路发送控制信号，继电器控制电路根据控制信号控制电流输出端的导通或截止；主控电路通过通信接口电路与上位机信息交互。

由上述方案可见，本实用新型通过设置电压转换电路和电流转换电路，将直流电源电路的直流电源转换成交流电源，便于向电力计量装置提供交流电压，为电力运维现场提供其必须的测试环境。同时，设置电压采样电路和电流采样电路分别对压转换电路输出的电压信号和电流转换电路输出的电流信号进行监测，并反馈至主控电路，便于主控电路根据反馈的数据调整输出的驱动信号，进而达到精准控制的电压转换电路的电压和电流转换电路的电流输出。此外，主控电路还可通过通信接口电路与上位机进行信息交互，便于上位机对移动电源进行控制。另外，由于三相虚负荷发生器输出电流时需要输出不同的量程，因此需要进行切换，主控电路接收到设置的电流参数时，可自动判定切换到相应的量程，通过驱动继电器控制电路来达到切换的目的。

进一步的方案中，电压转换电路包括第一IGBT电路模块、第一LC滤波电路以及第一隔离变压器，第一IGBT电路模块分别与主控电路、直流电源电路以及第一LC滤波电路电连接，第一LC滤波电路的输出端与第一隔离变压器电连接。

由此可见，电压转换电路通过设置第一IGBT电路模块将直流电压信号转换成方波信号，再经过第一LC滤波电路将方波信号滤波成光滑的正弦波信号，最后通过第一隔离变压器输出电压，从而实现了将直流电压转换为交流电压输出。

进一步的方案中，电流转换电路包括第二IGBT电路模块、第二LC滤波电路以及第二隔离变压器，第二IGBT电路模块分别与主控电路、直流电源电路以及第二LC滤波电路电连接，第二LC滤波电路的输出端与第二隔离变压器电连接。

由此可见，电流转换电路通过设置第二IGBT电路模块将直流电流信号转换成方波信号，再经过第二LC滤波电路将方波信号滤波成光滑的正弦波信号，最后通过第二隔离变压器输出电流，从而实现了将直流电流转换为交流电流输出。

进一步的方案中，电压采样电路包括电压互感器和第一运算放大器，电压互感器和第一运算放大器电连接，电压互感器获取电压输出端的电压采样信号并发送至第一运算放大器，第一运算放大器将放大后的电压采样信号发送至主控电路。

由此可见，电压采样电路通过电压互感器对电压转换电路的电压输出端的电压进行采集，并对电压采样信号通过第一运算放大器进行放大处理，提高电压采样信号的精度。

进一步的方案中，电流采样电路包括电流互感器和第二运算放大器，电流互感器和第二运算放大器电连接，电流互感器获取电流输出端的电流采样信号并发送至第二运算放大器，第二运算放大器将放大后的电流采样信号发送至主控电路。

由此可见，电流采样电路通过电流互感器对电流转换电路的电流输出端的电流进行采集，并对电流采样信号通过第二运算放大器进行放大处理，提高电流采样信号的精度。

进一步的方案中，三相虚负荷发生器还包括：温度检测电路，温度检测电路与主控电路电连接，温度检测电路获取电压转换电路或电流转换电路的温度信息并将温度信息发送至主控电路。

由此可见，通过温度检测电路对电压转换电路或电流转换电路关键发热件进行温度采样，并将温度信息传送到主控电路进行监控，温度过高时可关闭输出，从而起到保护电路的作用，保障三相虚负荷发生器的使用寿命。

进一步的方案中，三相虚负荷发生器还包括：按键电路，按键电路与主控电路电连接。

由此可见，通过设置按键电路，可对三相虚负荷发生器的输出参数进行设置或修改。

进一步的方案中，三相虚负荷发生器还包括：显示电路，显示电路与主控电路电连接。

由此可见，设置显示电路，可对电源输出的电压和电流进行实时显示监控。

进一步的方案中，直流电源电路包括可充电电池和降压电路，可充电电池与降压电路电连接。

由此可见，使用可充电电池，实现三相虚负荷发生器的可携带性，同时通过设置降压电路，可将高压直流电转换成低压直流电，以便向电路中使用低压直流电的元器件提供电源。

附图说明

图1是本实用新型三相虚负荷发生器实施例的电路结构框图。

图2是本实用新型三相虚负荷发生器实施例中电压转换电路的电路原理图。

图3是本实用新型三相虚负荷发生器实施例中电流转换电路的电路原理图。

图4是本实用新型三相虚负荷发生器实施例中电压采样电路的电路原理图。

图5是本实用新型三相虚负荷发生器实施例中电流采样电路的电路原理图。

图6是本实用新型三相虚负荷发生器实施例中继电器控制电路的电路原理图。

图7是本实用新型三相虚负荷发生器实施例中温度检测电路的电路原理图。

图8是本实用新型三相虚负荷发生器实施例中直流电源电路的电路原理图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的三相虚负荷发生器包括主控电路1、直流电源电路2、电压转换电路3、电流转换电路4、电压采样电路5、电流采样电路6、继电器控制电路7、温度检测电路8、按键电路9、显示电路10以及通信接口电路11。直流电源电路2向主控电路1、电压转换电路3、电流转换电路4、电压采样电路5、电流采样电路6、继电器控制电路7、温度检测电路8、按键电路9、显示电路10以及通信接口电路11提供电源。

主控电路1向电压转换电路3发送第一PWM驱动信号，电压转换电路3根据第一PWM驱动信号将直流电源电路2提供的直流电压转换成交流电压输出。参见图2，电压转换电路3包括第一IGBT电路模块32、第一LC滤波电路33以及第一隔离变压器34，第一IGBT电路模块32分别与主控电路1、直流电源电路2以及第一LC滤波电路33电连接，第一LC滤波电路33的输出端与第一隔离变压器34电连接。其中，第一IGBT电路模块32可利用现有的IGBT模块，用于实现将直流电压信号转换成50Hz的方波信号。第一LC滤波电路33是由电感和电容组成的LC滤波电路，用于将方波信号滤波成光滑的正弦波信号。第一隔离变压器34为现有的隔离变压器，用于对高压电压进行保护。

主控电路1向电流转换电路4发送第二PWM驱动信号，电流转换电路4根据第二PWM驱动信号将直流电源电路2提供的直流电流转换成交流电流输出。参见图3，电流转换电路4包括第二IGBT电路模块42、第二LC滤波电路43以及第二隔离变压器44，第二IGBT电路模块42分别与主控电路1、直流电源电路2以及第二LC滤波电路43电连接，第二LC滤波电路43的输出端与第二隔离变压器44电连接。其中，第二IGBT电路模块42可利用现有的IGBT模块，用于实现将直流电流信号转换成50Hz的方波信号。第二LC滤波电路43是由电感和电容组成的LC滤波电路，用于将方波信号滤波成光滑的正弦波信号。第二隔离变压器44为现有的隔离变压器，用于对高压电压进行保护。

电压采样电路5获取电压转换电路3的电压输出端31的电压采样信号，电压采样电路5将电压采样信号发送至主控电路1。参见图4，电压采样电路5包括电压互感器T1和第一运算放大器U1，电压互感器T1和第一运算放大器U1电连接，电压互感器T1通过端子51和端子52获取电压转换电路3的电压输出端31的电压采样信号并发送至第一运算放大器U1，第一运算放大器U1将放大后的电压采样信号通过端子53发送至主控电路1。由图2中可知，电压转换电路3输出的是三路不同相的交流电压，因此，每一路输出端均需设置有电压采样电路5进行电压的采集，以便监控。

电流采样电路6获取电流转换电路4的电流输出端41的电流采样信号，电流采样电路6将电流采样信号发送至主控电路1。参见图5，电流采样电路6包括电流互感器T2和第二运算放大器U2，电流互感器T2和第二运算放大器U2电连接，电流互感器T2通过端子61和端子62获取电流转换电路4的电流输出端41的电流采样信号并发送至第二运算放大器U2，第二运算放大器U2将放大后的电流采样信号通过端子63发送至主控电路1。由图3可知，电流转换电路4输出的是三路不同相的交流电流，因此，每一路输出端均需设置有电流采样电路6进行电流的采集，以便监控。

继电器控制电路7分别与主控电路1和电流转换电路4的电流输出端41电连接，主控电路1向继电器控制电路7发送控制信号，继电器控制电路7根据控制信号控制电流转换电路4的电流输出端41的导通或截止。参见图6，继电器控制电路7包括NPN三极管Q1和NPN三极管Q2和继电器K，继电器K的第一端与电源电连接，继电器K的第二端与NPN三极管Q2的集电极电连接，NPN三极管Q2的发射极接地，NPN三极管Q2的基极与NPN三极管Q1的集电极电连接，NPN三极管Q1的发射极接地，NPN三极管Q1的基极通过端子71与主控电路1电连接。继电器K的第一端和第二端并联有二极管D1，继电器K的第一端与NPN三极管Q2的基极通过电阻R1电连接。由图3可知，电流转换电路4输出的是三路不同相的交流电流，因此，每一路输出端均需设置继电器控制电路7进行控制，继电器K的开关端连接在第二隔离变压器44与电流输出端41之间。

温度检测电路8与主控电路1电连接，温度检测电路8获取电压转换电路3或电流转换电路4的温度信息并将温度信息发送至主控电路1。参见图7，温度检测电路8包括热敏电阻TE、电容C1以及电阻R2，电阻R2的第一端与直流电源电路电连接，电阻R2的第二端与电容C1的第一端电连接，电容C1的第二端接地，热敏电阻TE的两端分别与电容C1的第一端和第二端电连接，电容C1的第一端通过端子81与主控电路电连接。本实施例中，温度检测电路8主要用于监测电压转换电路3中第一IGBT电路模块32和电流转换电路4中第二IGBT电路模块42的温度，便于温度过高时进行断电控制，停止工作。温度检测电路8的数量是第一IGBT电路模块32的数量与第二IGBT电路模块42的数量的总和。每一个温度检测电路8对应一个IGBT电路模块。

参见图8，直流电源电路2包括可充电电池21和降压电路22，可充电电池21与降压电路22电连接。本实施例中，降压电路22包括第一稳压芯片U3和第二稳压芯片U4，第一稳压芯片U3的输入端与可充电电池21电连接，第一稳压芯片U3输出端和第二稳压芯片U4输入端电连接。第一稳压芯片U3用于将可充电电池21提供的12V直流电压降压成3.3V直流电压，第二稳压芯片U4用于将第一稳压芯片U3输出的3.3V直流电压降压成3V直流电压。当然，直流电源电路2还可设置升压电路，对12V的直流电源进行升压获得15V的直流电源，此原理为本领域技术人员的公知常识，在此不再赘述。

此外，从图1可以看出，按键电路9与主控电路1电连接，按键电路9可用于对三相虚负荷发生器的输出参数进行设置或修改。显示电路10与主控电路电1连接，显示电路10可对三相虚负荷发生器输出的电压和电流进行实时显示监控。主控电路1通过通信接口电路11与上位机信息交互，便于上位机对移动电源进行控制。优选的，通信接口电路11为RS232通信接口电路。

本实用新型的三相虚负荷发生器在工作时，主控电路1可通过获取按键电路9输入的电源输出参数或通过通信接口电路11获取上位机发送的电源输出参数，主控电路1根据电源输出参数向电压转换电路3发送第一PWM驱动信号或向电流转换电路4发送第二PWM驱动信号，使电压转换电路3根据第一PWM驱动信号将直流电源电路2提供的直流电压转换成交流电压输出或者使电流转换电路4根据第二PWM驱动信号将直流电源电路2提供的直流电流转换成交流电流输出。同时，主控电路1利用电压采样电路5反馈电压采样信号对第一PWM驱动信号进行调整，主控电路1利用电流采样电路6反馈电流采样信号对第二PWM驱动信号进行调整，使得电压转换电路3输出的电压和电流转换电路4输出的电流更加精确。在电流转换电路4输出电流时，还可以通过继电器控制电路7选择电流输出的通路，实现不同相位的电流输出。此外，主控电路1还通过温度检测电路8监控电压转换电路3或电流转换电路4的温度信息，防止设备工作是温度过高导致设备烧毁。另外，还可通过显示电路10实时观测输出的电压和电流，以便用户及时进行参数调整。

由上述可知，本实用新型通过设置电压转换电路3和电流转换电路4，将直流电源电路2的直流电源转换成交流电源，便于向电力计量装置提供交流电压，为电力运维现场提供其必须的测试环境。同时，设置电压采样电路5和电流采样电路6分别对压转换电路3输出的电压信号和电流转换电路4输出的电流信号进行监测，并反馈至主控电路1，便于主控电路1根据反馈的数据调整输出的驱动信号，进而达到精准控制的电压转换电路3的电压和电流转换电路4的电流输出。

需要说明的是，以上仅为本实用新型的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型做出的非实质性修改，也均落入本实用新型的保护范围之内。