专利名称：一种虚负荷电流源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电气技术领域，尤其涉及一种虚负荷电流源。
背景技术：
电力系统中所有用电设备所耗用的功率简称负荷。负荷因其用途或供电条件等的 不同，种类比较繁多。对用电设备而言呈现的负荷特性无非是阻性、感性、容性。电力仿真 实训系统中通常所采用的负荷为阻性(电阻器或电炉丝)负荷。这种负荷为恒定值，负荷 不能实现自动变化，要依靠造价昂贵的三相电源信号发生器来实现电流变化，这种负荷在 使用中会产生很高的高温。特别是功率越大温度越高，如果系统中使用多台这种负荷，那么 所产生的热量就是很大的。散热成为最大的难题，且可能会造成其它设备因受热量的影响 而无法正常工作。另外，为了更好的模拟电力系统运行设备的真实情况，必须具有有功、无 功特性，为此还需要增加感性和容性负荷，而这种负荷设备庞大，造价极高，非常不经济。学 员在培训时，一次带电，学员在操作时，尤其不懂安全用电的情况下，给他们的安全带来一 定的危险，也给培训教师增加培训风险，学员的培训效果往往受到影响，一般未达到培训效 果，并且在培训过程中增加电量的消耗，不利于节能，做不到经济。因此，在电力教学培训中，教师为保证学员的安全，在不带电的情况下，仅能给学 员讲授一些操作要点和规范，从根本上，未达到国家电力培训规范的要求，学员只能了解到 书面上的知识，与电力运行现场实际相差甚远，为以后的工作埋下隐患。针对以上情况，为 了使学员得到电力真实的场景，该装置模拟出实际电力现场的工况，且使一次回路不带电， 学员可根据操作规范和故障，一对一的了解和学习电力系统常见故障和操作，真正认识到 电力系统的运行过程，经济性和节能性非常显著。
实用新型内容本实用新型提供了一种新的虚负荷电流源。该电流源彻底解决了现有技术负荷产 生高温的问题，同时还具有阻性、感性、容性负荷的特征。使系统设备更加简化，缩小了庞大 的系统设备，使系统的造价更低，更经济，节能环保。本实用新型采用如下技术方案一种虚负荷电流源，包括控制器和虚负荷，其中所述控制器用于把输入的直流信 号转换为三相交流信号，所述虚负荷包括阻性负载组、感性负载组和容性负载组，所述虚负 荷连接所述三相交流信号输出0-5A电流。所述的虚负荷电流源，其中，所述控制器包括前置放大处理模块、逻辑分析处理模 块、振荡器模块、分频模块、三个驱动模块、光隔驱动模块和微处理器，将对应的4_20mA直 流信号输入到前置放大处理模块，在前置放大处理模块中经A/D变换、线性化矫正、信号放 大处理后产生一个0-5V电压信号；此信号输入到逻辑分析处理模块，在逻辑分析处理模块 中完成异或门锁相环锁定，然后输出到振荡器模块，该信号与振荡器模块产生的50Hz信号 进行相位比较，比较后信号送到分频模块，在分频模块中完成三相裂相；分频模块输出信号分别输入到三个驱动模块，驱动模块输出0-1. 6V可变直流电压到光隔驱动模块；光隔驱动 模块输出两路电压信号，一路电压信号进入光隔离相位检测模块，由光隔离相位检测模块 完成自动判别相位、缺相和快熔断路检测；光隔离相位检测模块一路接三相电压输入中的 一相工频信号，所述工频信号也通过相位检测模块经过总线传输给微处理器模块，实现各 个单元和三相交流电源的频率同步；光隔离相位检测模块另外一路接可控硅导通角的控制 端，当被控的可控硅导通角发生变化时，在可控硅输出端U、V、W端产生变化的电压信号，该 信号输出给虚负荷。所述的虚负荷电流源，其中，还包括有485通讯口，通过所述485通讯口与上位计 算机连接。1)采用可控硅三相调压/周波控制，应用锁相环同步电路-微处理器-可控硅调 压/周波调功技术，采用中心门极可控硅和直流可变脉宽触发，通过SRR信号控制器，在输 入信号的控制下，产生周期过零式和周波过零式的输出，实现由功能强大的微处理器控制 驱动模块、通过光隔驱动组件输出对感性B、容性C、阻性R负载组的控制。2)根据电磁感应原理，采用变压器和互感器器件，通过变流和电气隔离作用，将采 集的控制信号和输出负荷之间巧妙的连接(详见图1中控制器的输出和虚负荷输入部分)。 虚负荷由R1-R4形成阻性负载组、Bi、Cl和B2、C3形成感性负载组、Cl、C2形成容性负载 组。感性、容性、阻性负载组的结合，使得虚负荷具有感性、容性的特性。例如当采用电度 表测量时，将L1-L3三相380VAC输入电压和虚负荷输出的三相0-5A输出电流信号连接到 电度表后，就可在电度表上显示电流、电压、有功、无功、电度量数值。3)通过上位计算机对某路信号模拟产生电力负荷常见的故障、控制回路故障、现 场运行环境变化，电力系统停、送电、倒闸操作。此信号输入到虚负荷电流源的4-20MA信号 输入端，就将在虚负荷电流源的输出观察到该信号的变化情况。4)主要技术指标输入信号4-20mADC ；输入电源380V/AC三相；输出电流0_5A/AC三相。5)装置采用模块化设计通过改变电气元件参数或部件的设置，可改变系统功能 和不同的系统应用。6)通讯本装置配有485通讯口，通过MODBUS规约可实现远方通讯，通过远方上 位计算机还可实现对本装置的各种参数进行远方测量、查询、数据修改和操作。7)机械结构电气元件安装紧凑，体积较小，便于机柜内部安装和维护。由变压器、互感器、可调式阻性组、容性负荷、感性负载组成的虚负荷组件。解决了 原有纯阻性负荷所产生的高温、体积大、功率大问题。实现电力仿真实训系统的虚负荷电流 源更加实用、简洁。减小了系统设备，经济性提高。
图1是本实用新型虚负荷电流源电气原理结构图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明。本实用新型公开了一种虚负荷电流源装置，其包括控制器和虚负荷两大组成单元。实施例1控制器工作原理本实用新型中控制器用于把输入的小电流直流信号转换为三相交流信号，实现这 一功能的控制器方案较多，本实施例仅举一例说明，如图1所示，前端部分为控制器的原理 框图，这部分是虚负荷电流源中把输入的直流信号转换为三相交流信号的部分，是为后面 作为核心的虚负荷电路服务的。上位机根据系统运行工况，比如需要模拟的某电动机的开关已合闸并产生工作电 流，需要将一个对应的信号量送入虚电源的输入端由它来产生一个供表计显示的三相交流 电流，就可以将对应的4-20mA直流信号输入到前置放大处理模块，在此模块中经A/D变换、 线性化矫正、信号放大处理后产生一个0-5V电压信号。此信号输入到逻辑分析处理模块， 在此模块中完成异或门锁相环锁定，然后输出到振荡器模块，该信号与振荡器模块产生的 50Hz信号进行相位比较，比较后信号送到分频模块，在分频模块中完成三相裂相(这个三 相交流信号取自于380V三相交流电源输入)。分频模块输出信号分别输入到三个控制三相 的驱动模块，驱动模块输出0-1. 6V可变直流电压到光隔驱动模块。光隔驱动模块输出两路 电压信号，一路电压信号进入光隔离相位检测电路，由它完成自动判别相位、缺相和快熔断 路检测。图1中L1-L3为三相电压输入，FU1-FU3为三相输入电源的快熔保险，M为装置电 源指示灯。在可控硅的接口端子中，R表示三相电压中的一相输入，G1、G2为可控硅的控制 端。光隔离相位检测模块输出接三相电压输入中的一相，这个工频信号也通过相位检测模 块依靠总线返送给处理器模块，实现各个单元和三相交流电源的频率同步。光隔驱动输出 的另外一路接可控硅导通角的控制端Gl、G2，当被控的可控硅导通角(Gl、G2端)发生变 化时，在可控硅输出端U、V、W端产生变化的电压信号，该电压信号输出给虚负荷的输入。控制器中的微处理器模块是整个控制器的核心，微处理器是一个中央处理器，由 算术逻辑部件，累加器和通用寄存器组，程序计数器，时序和控制逻辑部件，内部总线等组 成。它根据从直流4-20MA输入电路来的信号及相位检测模块反馈来的三相交流信号，经过 分析运算后，发出指令给振荡、分频等相关模块，通过它们产生和三相工频电源同步的控制 信号给可控硅驱动的相关电路，最终得到所需要的三相输出电流。在整个控制过程中，微处 理器不断地对输入信号及三相电源信号进行自动分析处理，确保在虚负荷电流源的输出端 得到所需的电流值。实施例2本实施例提供一种虚负荷的工作原理如图1所示，后端部分为虚负荷的原理框图，虚负荷由R1-R4形成阻性负载组、Bi、 Cl和B2、C3形成感性负载组、Cl、C2形成容性负载组。感性、容性、阻性负载组的结合，使 得虚负荷具有感性、容性的特性。巧妙地利用变压器将控制器驱动的可控硅输出信号进行 变换，带动可调阻性负载组、容性负荷、感性负载组成的虚负荷组件，再通过互感器后，输出 0-5A电流信号。通过各元件的合理搭配，实现了在满足提供负载所需电流的同时，最大限度 地减少了虚负荷电流源电路自身的功率消耗。[0031]在使用时，1、可将三相0-5A电流信号作为系统负荷电流显示。2、可将三相0-5A 电流信号和三相输入电压一起输入到电度表作为系统负荷耗电量、有功、无功计量。3、可作 为教学设备实现对电度表校验。由变压器、互感器、阻性元件组、容性负荷、感性负载组成的虚负荷组件。解决了原 有纯阻性负荷所产生的高温、体积大、功率大问题。实现电力仿真实训系统的虚负荷电流源 更加实用、简洁。减小了系统设备，经济性提高。实施例3本实施例中的虚负荷电流源还包括有485通讯口，通过MODBUS规约可实现远方通 讯，通过远方上位计算机实现对所述虚负荷电流源的各种参数进行远方测量、查询、数据 修改和操作。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换， 而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
权利要求1.一种虚负荷电流源，其特征在于，包括控制器和虚负荷，其中所述控制器用于把输入 的直流信号转换为三相交流信号，所述虚负荷包括阻性负载组、感性负载组和容性负载组， 所述虚负荷连接所述三相交流信号输出0-5A电流。
2.根据权利要求1所述的虚负荷电流源，其特征在于，所述控制器包括前置放大处理 模块、逻辑分析处理模块、振荡器模块、分频模块、三个驱动模块、光隔驱动模块和微处理 器，将对应的4-20mA直流信号输入到前置放大处理模块，在前置放大处理模块中经A/D变 换、线性化矫正、信号放大处理后产生一个0-5V电压信号；此信号输入到逻辑分析处理模 块，然后输出到振荡器模块，该信号与振荡器模块产生的50Hz信号进行相位比较，比较后 信号送到分频模块；分频模块输出信号分别输入到三个驱动模块，驱动模块输出0-1. 6V可 变直流电压到光隔驱动模块；光隔驱动模块输出两路电压信号，一路电压信号进入光隔离 相位检测模块，由光隔离相位检测模块完成自动判别相位、缺相和快熔断路检测；光隔离相 位检测模块一路接三相电压输入中的一相工频信号，所述工频信号也通过相位检测模块经 过总线传输给微处理器模块；光隔驱动模块另外一路接可控硅导通角的控制端。
3.根据权利要求1或2所述的虚负荷电流源，其特征在于，还包括有485通讯口，通过 所述485通讯口与上位计算机连接。
专利摘要本实用新型公开了一种虚负荷电流源，包括控制器和虚负荷，其中所述控制器用于把输入的直流信号转换为三相交流信号，所述虚负荷包括阻性负载组、感性负载组和容性负载组，所述虚负荷根据所述三相交流信号输出0-5A电流。巧妙地利用变压器和互感器的配合，将控制器驱动的可控硅输出信号进行变换，解决了原有纯阻性负荷所产生的高温、体积大、功率大问题。实现电力仿真实训系统的虚负荷电流源更加实用、简洁。减小了系统设备，经济性提高。
文档编号H02J13/00GK201904736SQ201020519949
公开日2011年7月20日 申请日期2010年9月8日 优先权日2010年9月8日
发明者刘功平, 刘博 , 刘宁, 方晖, 李秉源, 王天苍 申请人:王天苍, 秦川电站仪表厂