专利名称：电压电流相序仪的制作方法
技术领域：
本发明属于交流电压电流相序测量技术领域，尤其涉及一种新型的可同步测定电压和电流相序对应关系的相序仪。
目前使用的各种相序仪只能测定三相交流电压的相序，即只有被测信号是恒压源时才能测定其相序；而当被测信号是电流信号，即被测信号是恒流源时，例如是电流互感器的输出信号，则难于测定其相序。至于电压相序与电流相序的对应关系，电流互感器的两个输出端是否接反，以现有的相序仪是无法测定的。这给现场电器设备的安装工作带来一定困难，特别是在电度表的安装过程中，往往由于无法搞清电压线和电流线的相序对应关系，而将线接错，造成电度表的计量错误，给经济建设带来损失。
本发明的目的在于克服上述现有技术之不足，提供一种新型的电压电流相序仪，该相序仪不仅能迅速准确地测出电压、电流的相序而且能够同时测出电压和电流的相序对应关系。另外当出现电流互感器的两个输出端接反这种情况时，也能及时测出。
本发明的目的是这样实现的一种电压电流相序仪，它由电压信号波形处理电路T1、电流信号波形处理电路T2、分相电路T3和相序判别电路T4组成，电压信号波形处理电路T1的输出端1、2、3分别与分相电路T3的输入端连接；分相电路T3的输出端7、8、9分别与相序判别电路T4的比较基准输入端21、22、23连接，电压信号波形处理电路T1的输出端1、2、3和电流信号波形处理电路T2输出端10、11、12分别与相序判别电路T4的电压输入端1、2、3和电流输入端10 、11、12连接；正弦波电压信号V1～3经电压信号波形处理电路T1处理，生成宽度略小于120°的方波信号V′1～3后，送入分相电路T3，所产生的分相门信号VA～C作为比较判别基准送入相序判别电路T4，正弦波电流信号I1～3经电流信号波形处理电路T2处理，生成窄脉冲信号I′1～3；V′1～3和I′1～3，分别送入相序判别电路T4的电压输入端1、2、3和电流输入端10、11、12，与分相门信号VA～C进行逻辑与处理。
为了更好地实现本发明的目的，在电流信号波形处理电路T2输入部分设有微分电路，把正弦波电流信号转换成窄脉冲信号。
为了更好地实现本发明的目的，在分相电路T3中设有三个单输入非门M7～9和三个三输入与门M10～12，每个与门的一个输入端与其中一个非门的输入端连接，与门的另两个输入端与另外两个非门的输出端连接，方波信号经此电路处理后，其宽度小于且极为接近120°。
为了更好地实现本发明的目的，在电压信号波形处理电路T1和电流信号波形处理电路T2的输入部分分别设有移相电路，使电压电流相位差为零时，电流窄脉冲信号I′1～3位于电压方波信号V′1～3的中部。
为了更好地实现本发明的目的，分相电路T3由三个非门M7～9、三个三输入与门M10～12、一个三输入或非门M13、一个计数器M14、两个非门M15～16和三个双输入与门M17～19组成。三输入或非门M13的输出端接计数器的输入端13、计数器的QB、QC输出端分别接到两个非门M15、M16的输入端23、24，在三个双输入与门M17～19中，一个与门的两个输入端分别接到非门M15、M16的输出端25、26，另外的两个与门，每一个都是一个输入端接一个非门的输入端，另一个输入端接另一个非门的输出端。
为了更好地实现本发明的目的，分相电路T3中或非门M13的输出端和判别电路中与门M23～25、M29～31、M35～37的防错输入端24之间设有一个非门M38。
为了更好地实现本发明的目的，在电流信号波形处理电路T2的输入端设有两组电容C10～12、C16～18和一组转换开关K1～3，以便在电网功率因数小于0.5时，改变移相电路的电容值，将电流信号向前移相60°。
为了更好地实现本发明的目的，另设了一个电流分相电路T5和转换开关K5，在单测电流相序时将电流信号I′1～3送到此分相电路。
本发明的相序仪和已有的各种相序仪相比，其优点在于不仅可以测定电压相序，又可测定电流相序，而且可以同时测出电压与电流相序的对应关系；即使当三相电中一相或二相无电流时，仍可同时测出电压与电流的相序对应关系；当电流输入端接反时，仪器可以把接反状态显示出来；使用方便、操作简单、显示清楚明了；对不同幅值的输入电流，仪器本身具有自动调整的能力，只要被测电流在40mA～5A的范围内变化，使用者不必对仪器做任何人工调整，这在电流值变化频繁、而又难于测量和控制的工作场合，给使用者带来极大的方便。
从技术效果上讲，该仪器解决了困扰多年的三相交流电接线时容易混线的难题，在保证电气设备的正常运转、节能和电能计量等方面具有十分重大的意义。并且，本发明的相序仪成本较低，有利于推广应用。
图1(a)、(b)、(c)为本发明实施例的逻辑电路原理图。
图2(a)、(b)、(c)、(d)为本发明实施例的信号波形图。
图3为本发明实施例的仪器面板示意图。
下面结合附图详细说明本发明的一个最佳施实例。
参看图1[a]。本实施实列的电压电流相序仪由电压信号波形处理电路T1，电流信号波形处理电路T2、分相电路T3和相序判别电路T4组成。在电压信号波形处理电路T1中，由电容C4、C7、C5、C8、C6、C9，电阻R7、R8、R9，稳压管D1、D2、D3组成移相电路，三极管G1、G2、G3将输入信号初步整形为方波，施密特触发器M1～3把G1～3输出的方波进一步整形为规则的方波。在电流信号波形处理电路T2中，由首尾相接的二极管D4、D5、D6、D7、D8、D9，变压器B1、B2、B3采集的电流正弦波信号I1、I2、I3经由电容C10、C11、C12组成的移相电路移相后，再经电容C13～15电阻R16～18微分处理，生成尖脉冲Z1、Z2、Z3。三极管G4、G5、G6将尖脉冲Z1、Z2、Z3初步整形，再经施密特触发器M4、M5、M6进一步整形，形成窄方波信号I′1～3。
在电压电流相序同步测定或电压相序测定时，分相电路T3是由非门M7、M8、M9，三输入与门M10、M11、M12，三输入或非门M13，计数器M14，非门M15、M16，二输入与门M17、M18、M19组成。相序判别电路是由电压相序判别电路和电流相序判别电路组成。电压相序判别电路由二输入与门M20、M21、M22、M26、M27、M28、M32、M33、M34和九只发光二极管VA1、VA2、VA3、VB1、VB2、VB3、VC1、VC2、VC3组成。电流相序判别电路由三输入与门M23、M24、M25、M29、M30、M31、M35、M36、M37和九只发光二极管IA1、IA2、IA3、IB1、IB2、IB3、IC1、IC2、IC3组成。二输入与门M38的作用是将计数器M14的输入脉冲反相，然后输送到电流相序判别电路的防错输入端24，其作用是防止电压、电流之间相位差接近60度时所引起的错误显示。
参看图1[c]，当单独测定电流相序时，转换开关K5为按下位置，3路正弦电流信号I1～3经过三极管G4～5初步整形，又经过施密特触发器M4～6进一步整形，成为更加标准的窄矩形波脉冲，然后送到分相电路T5。所产生的分相门信号IA～C作为比较判别基准送到相序判别电路T6。单独测定电流相序时，按下K5，所以电流相序判别电路的判别基准输入端21、22、23接受的是由电流脉冲信号I′1～3所产生的分相门信号是IA～C，该信号和电流脉冲信号I′1～3进行逻辑与处理。
再来参看图1[a]，M46是个三端稳压集成块，由6节1.5V电池串联得到9V电源，再经此稳压集成块向整个仪器提供稳定的+5V电源。
现以图1[a]中三路电压信号波形处理电路T1中的一路为例来说明电压信号波形处理电路的工作原理。工频220V电压信号经保险丝进入R25，R26组成的分压电路。为了增大R25的功率，R25实际上是由四个电阻并联而成。R26是个电位器，目的是当输入电压的幅值有变动时，调整分压电路的分压值。C1的作用是滤去高频干扰。因为在电压电流相序同步测定时，分相门信号VA～C是由电压信号V′1～3触发而产生的，所以从时序上讲，分相门信号VA～C与同相的电压信号V′1～3相对应的，分相门信号VA在时序上应该和A相电压信号V′1相对应。而电流脉冲信号I′1～3是由电流信号I1～3的前沿经微分电路的作用而产生的，所以从时序上讲，电流脉冲信号I′1～3是与电压脉冲信号V′1～3的前沿相对应，为了保证在电压与电流之间的相位差有变化时，特别是当电流超前电压时，电流脉冲信号I′1～3在时序上也能位于对应的分相门信号VA～C之内，所以由电容电阻组成的移相电路把正弦电压信号V1～3的相位前移，把正弦电流信号I1～3的相位后移。
在本仪器的电压信号波形处理电路T1中由C4、R7、C7、D1组成了两级移相电路。D1是个稳压管，反向导通时具有一定的电阻。D1的另一个作用是使G1的基极获得幅值较为稳定的电压信号。通过这两级移相电路，使得电压信号V′1的相位向前移动。其它两路电压信号波形处理电路的工作原理和第一路完全一样。
现以图1[a]中三路电流信号波形处理电路T2中的一路为例来说明电流信号波形处理电路的工作原理。经电流互感器输出的工频交流电流经过一对首尾相接的二极管D4、D5，输出幅值约在0.7V左右的信号。由于二极管所具有的电阻是动态电阻，所以所输出的信号幅值、基本不随流过二极管的电流值改变。这样在电流值变化频繁、而又无法控制的场合，给仪器的使用者带来了极大的便利。这个信号再经过变压器升压后到达C10，C10的作用一方面是滤去高频干扰信号，另一方面也具有一定的移相作用；使其所输出的信号相位后移。C13和R16组成了微分电路，使电流信号I1形成一个尖脉冲状的信号Z1。当被测电网上的电压超前电流60度以上时，通过转换开关K1，用C16代替C10，改变移相值，使电流脉冲信号I′1、在时序上仍然落在所对应的分相门信号VA之内。其它两路电流信号波形处理电路的工作原理与第一路完全相同。
下面结合图1[a]说明分相电路T3的工作原理。三路正弦波电压信号经过三极管G1、G2、G3初步整形之后，分别送到施密特触发器M1、M2、M3，进一步整形成规则的矩形波，同时被反相一次，然后再经过非门M7、M8、M9又一次被反相。后面的M10、M11、M12都是三输入与门，其中每个门的一个输入端都接受前三个非门中一个非门的输入端的信号，而另两个输入端接受另外两个非门输出端的信号，例如M10的三个输入端中，一个接到M7的输入端，一个接到M8的输出端，一个接到M9的输出端。M11、M12的输入端的接法和M10相同。由施密特触发器M1、M2、M3整形后的矩形波，宽度略大于120度，而由M10、M11、M12输出的矩形波V′1、V′2、V′3，宽度则小于且极为接近120度；这些波形之间的关系见图2[a]。输出的V′1、V′2、V′3分别送到三输入或非门M13、M13输出窄矩形波系列脉冲做为计数器M14的计数触发脉冲，M14的集成电路型号为7493、1端为输入端；2、3端是清零端；8、9端分别是QB输出端、和QC输出端。根据集成电路7493的逻辑关系当2.3端都接受到高电平时，计数器清零。QB端接到2端，QC端接到3端、QB端是由输入脉冲的下降沿触发的，对应于第一个输入脉冲下降沿QB端由低电平变为高电平。对应于第二个输入脉冲下降沿，QB端由高电平变为低电平；而QC端又是QB端的下降沿触发的，对应于QB端的下降沿，QC端由低电平变为高电平。对应于第三个输入脉冲的下降沿，QB端又由低电平变为高电平，但由于此时QC端已是高电平，QB端的高电平和QC端的高电平这时分别输送到M14的2端和3端，M14立刻清零，其QB端和QC端瞬间就变为低电平，如此这样循环下去。M14的输入端和QB端，QC端波形之间的关系见图2[a]。M14的QB端接到非门M15的输入端，M14的QC端接到非门M16的输入端。二输入与门M17的两个输入端一个接到M15的输出端，一个接到M16的输出端。二输入与门M18的两个输入端一个接到M14的QB端，一个接到M16的输出端。二输入与门M19的两个输入端一个接到M14的QC端，一个接到M15的输出端。这样一来，M17、M18、M19就按时间顺序先后输出分相门信号VA、VB、VC；其波形之间的关系见图2[a]。
下面结合图1[b]说明相序判别电路的工作原理。当进行电压电流相序同步测定时，按键K5处于弹起位置。由M17、M18、M19输出的分相门信号VA、VB、VC分别被送到按键K5的7、8、9触点，由于按键K5此时处于弹起位置、所以按键K5的7点与21点相接，8点与22点相接，9点与23点相接，14点与24点相接，这样以来，分相门信号中的VA被接送到M20、M21、M22、M23、M24、M25的一个输入端。分相门信号中的VB被送到M26、M27、M28和M29、M30、M31的一个输入端。分相门信号中的VC被输送到M32、M33、M34和M35、M36、M37的一个输入端。由M10输出的矩形波V1被送到M20、M26、M32的一个输入端；由M11输出的矩形波V2被送到M21、M27、M33的一个输入端；由M12输出的矩形波V3被输送到M22、M28、M34的一个输入端。根据图2[a]中波形的时序关系，可以看出M20、M27、M34有输出，分别驱动发光二极管VA1、VB2、VC3发光，而M21、M22、M26、M28、M32、M33没有输出，所以发光二极管VA2、BA3、VB1、VB3、BC1、VC2不发光，从而测定电网的三相交流电中，V1为A相，V2为B相，V3为C相。
当进行电压电流相序同步测定时，经M4整形后的电流窄脉冲信号I′1被送到M23、M29、M35的一个输入端，经M5整形后的电流窄脉冲信号I′2被送到M24、M30、M36的一个输入端，经M6整形后的电流窄脉冲信号I′3被送到M25、M31、M37的一个输入端。前文已经说明，M23、M24、M26的一个输入端此时接受分相门信号中的VA，M29、M30、M31的一个输入端此时接受分相门信号的VB，M35、M36、M37的一个输入端此时接受分相门信号的VC，而M23、M24、M26、M29、M30、M31、M35、M36、M37的第三个输入端此时接受的是由M38输出的防错脉冲信号。关于防错脉冲信号的作用，下文有专门的说明，现在只要把它的作用看成“高电平”的作用就行，根据图2[A]中波形的时序关系，可以看出M25、M29、M36有输出、分别驱动发光二极管，IA3、IB1、IC2发光。面M23、M24、M30、M31、M35、M37没有输出，所以发光二极管IA1、IA2、IB2、IB3、IC1、IC3不发光，从而测定出，电流信号接口IJ3与电压信号接口VJ1相对应是A相，接口IJ1与电压接口VJ2相对应，是B相，接口IJ2与电压接口VJ3相对应，是C相。这样在电压电流相序同步测定时，电压的相序，电流的相序以及这两者之间的对应关系就被测出。
下面结合图1[b]说明防错电路工作原理。当特殊情况下，某一相电压与电流之间相位差接近60度时，在电压、电流相序同步测定时，电流相序可能出现错误显示，为了防止这种情况，设置了防错显示电路，当B相电流信号I1超前B相电压信号V2近60度时，即电流脉冲信号I′1从时序上讲与分相门信号VA、VB同时满足“与”条件，能造成发光二极管IA1、IB1同时发光，即错误显示(见图2[b])；为了防止这种情况出现，利用计数脉冲比I′1、I′2、I′3电流脉冲都窄，而且与分相门信号VA、VB、VC的后沿重叠的特性，将M13输出的计数触发脉冲经非门M38反相后形成防错信号再经按键K5的14、24触点输送到M23、M24、M25、M29、M30、M31、M35、M36、M37的防错信号输入端。现在以B相电流脉冲信号I′1为例，见图1[b]、图2[b]，M23一端输入门信号VA，M29一端输入门信号VB、M23的一端输入防错信号，因为在防错信号与门信号VA后沿相叠合的时间区段上和B相电流脉冲信号I′1不满足“与”条件。所以就避免了发光二极管IA1发光，而防错信号很窄、瞬间就变为高电平、与门信号VB和B相电流脉冲信号I′1满足“与”条件，所以发光二极管IB1发光，说明电流I1为B相、从而克服了错误显示。
下面介绍判断某相电流接反时电路工作原理。图2[c]中所示电流相序中的I3为输入输出接反时的波形图。因为I3相序为A相，所以如果I3的输入输出没有接反，则I′3脉冲信号在时序上应该位于分相门信号VA的中部、当I3的输入输出接反时，则I′3脉冲必然要移相180度，在时序上就会位于分相门信号VC的范围内，而I2为C相电流，I′2脉冲在时序上本来就位于分相门信号VC的范围内，所以I′3、I′2和VC同时满足“与”条件，两支发光二极管IC3、IC2同时发光，而IA1、IA2、IA3都不发光，这显然是错误的，因为同一相上不可能有两路电流信号，而且这时I′3在时序上与防错信号有部分重合，使与门输出驱动发光二极管的脉冲变窄，所以此时发光二极管IC3发光较暗，由此可判断出I3接反。
当只测定电压相序时，三个电流信号接口不必接入电流信号，电路的工作原理与电压、电流相序同步测定时完全一样。
下面结合图1[c]说明只测定电流相序时的工作原理，先说明分相电路的工作原理，图1[a]中的I′1、I′2、I′3、三个电流脉冲信号被送到图1[c]中的M39、M39输出一个脉冲系列做为计数器M45的计数脉冲，整个分相电路的工作原理、与电压电流相序同步测定时完全一样。
下面说明只测定电流相序时相序判别电路的工作原理，波形图见图2[d]。由于在只测定电流相序时，图1[A]中的按键K5被按下，所以此时三个电压信号接口是否有信号接入，对电路无影响。K5的触点21与18相接、22与19相接、23与20相接、24与25相接，所以由图1(c)中M42输出的分相门信号VA被输送到M33、M24、M25的一个输入端；M43输出的分相门信号VB被输送到M29、M30、M31的一个输入端，M44输出的门信号VC被送到M35、M36、M37的一个输入端，I′1还被送到M23、M29、M35的一个输入端，I′2还被送到M24、M30、M36、的一个输入端、I′3还被送到M25、M31、M37的一个输入端，由于图1[a]中按键K5的触点24与25相接、而触点25又与+5V电源相接，所以M23、M24、M25、M29、M30、M31、M35、M36、M37的防错信号输入端此时被接到+5V电源上。由图1[c]中各点波形的时序关系可以看出，M24有输出，发光二极管IA2发光，M31有输出，IB3发光，M35有输出IC1发光，而其余的六只发光二极管都不亮，从而测出，电流I2是A相、电流I3是B相，电流I1是C相。
仪器的面板示意图见图3.其中1.左上角为相序显示区，由18只发光二极管组成，共分三行九列、按国家规定，第一行黄色发光二极管代表A相，从左起依次为IA1、IA2、IA3、VA1、VA2、BA3。第二行绿色发光二极管代表B相，从左起依次为IB1、IB2、IB3、VB1、VB2、VB3。第三行红色发光二极管代表C相，从左起依次为IC1、IC2、IC3、VC1、VC2、VC3。从左数起各列分别显示电流I1、I2、I3电压V1、V2、V3的相序。
2.VJ1、VJ2、VJ3表示三个火线接入口，0表示零线接入口。
3.为电流信号输入接口。上面一行I入1、I入2、I入3依次为电流信号I1、I2、I3的输入口，下面I出1、I出2、I出3依次为电流信号I1、I2、I3的输出口。
4.K4为仪器的电源开关。
5.为按键K5，弹起位置为电压或电压、电流相序同步测定，按下位置为电流相序测定。
6.为显示调整旋钮N1、N2、N3，当电压或电压电流相序同步测定时，三个旋钮分别用来调整三路输入电压信号的幅度，只测定电流相序时无需调整这三个旋钮。
权利要求
1.一种电压电流相序仪，它由电压信号波形处理电路T1、电流信号波形处理电路T2、分相电路T3和相序判别电路T4组成，电压信号波形处理电路T1的输出端1、2、3分别与分相电路T3的输入端连接，分相电路T3的输出端7、8、9分别与相序判别电路T4的比较基准输入端21、22、23连接，电压信号波形处理电路T1的输出端1、2、3和电流信号波形处理电路T2的输出端10、11、12分别与相序判别电路T4的电压输入端1、2、3和电流输入端10、11、12连接，正弦波电压信号V1～3经电压信号波形处理电路T1处理，生成宽度略小于120°的方波信号V′1～3后，送入分相电路T3，所产生的分相门信号VA～C作为比较判别基准送入相序判别电路T4，正弦波电流信号I1～3经电流信号波形处理电路T2处理，生成窄脉冲信号I′1～3，V′1～3和I′1～3分别送入相序判别电路T4的电压输入端1、2、3和电流输入端10、11、12，与分相门信号VA～C进行逻辑与处理。
2.根据权利要求1所述的电压电流相序仪，其特征在于电流信号波形处理电路T2的输入部分设有微分电路，把正弦波电流信号转换成窄脉冲信号。
3.根据权利要求1所述的电压电流相序仪，其特征在于分相电路T3中设有三个单输入非门M7～9和三个三输入与门M10～12，每个与门的一个输入端与其中一个非门的输入端连接，与门的另两个输入端与另外两个非门的输出端连接，方波信号经此电路处理后，其宽度小于且极为接近120°。
4.根椐权利要求1所述的电压电流相序仪，其特征在于电压信号波形处理电路T1和电流信号波形处理电路T2的输入部分分别设有移相电路，使电压电流相位差为零时，电流窄脉冲信号I′1～3位于电压方波信号V′1～3的中部。
5.根据权利要求1所述的电压电流相序仪，其特征在于分相电路T3由三个非门M7～9、三个三输入与门M10～12、一个三输入或非门M13、一个计数器M14、两个非门M15～16和三个双输入与门M17～19组成，三输入或非门M13的输出端接计数器的输入端13，计数器的QB、QC输出端分别接到两个非门M15、M16的输入端23、24，在三个及输入与门M17～19中，一个与门的两个输入端分别接到非门M15、M16的输出端25、26，另外的两个与门，每一个都是一个输入端接一个非门的输入端，另一个输入端接另一个非门的输出端。
6.根据权利要求1所述的电压电流相序仪，其特征在于分相电路T3中或非门M13的输出端和判别电路中与门M23～25、M29～31、M35～37的防错输入端24之间设有一个非门M38。
7.根据权利要求1所述的电压电流相序仪，其特征在于电流信号波形处理电路T2的输入端设有两组电容C10～12、C16～18和一组转换开关K1～3，以便在电网功率因数小于0.5时，改变移相电路的电容值，将电流信号向前移相60°。
8.根据权利要求1所述的电压电流相序仪，其特征在于另设一个分相电路T5和转换开关K5，在单测电流相序时将电流信号I′1～3送到此分相电路。
全文摘要
本发明的相序仪，其电压信号波形处理电路T
文档编号G01R29/00GK1114750SQ95110200
公开日1996年1月10日 申请日期1995年1月17日 优先权日1995年1月17日
发明者刘建华 申请人:大连机车车辆厂