一种具有10kV配电模拟线路的PCB板的制作方法

一种具有10kv配电模拟线路的pcb板
技术领域
1.本实用新型涉及配电网技术领域，具体为一种具有10kv配电模拟线路的pcb板。


背景技术：

2.目前，为满足继电保护和自动控制装置的测试需要，电力系统物理模拟系统额定容量一般为数十千伏安，其存在投资巨大、占地面积广、功耗高、噪声大等缺点。实际上，科研机构一般仅利用电力系统物理模拟系统探索电力系统新规律和校验理论分析结果，短路容量可以设计得非常小。对于三相10kv配电模拟线路的物理模拟来说，现有的物理模型一般采用大型π等值电路组成，不能直接应用于pcb印制电路板中，占地面积大，无法应用于微型动模实验中。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种具有10kv配电模拟线路的pcb板，至少可以解决现有技术中的部分缺陷。
4.为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：一种具有10kv配电模拟线路的pcb板，包括板体，所述板体上设有断路器模块、采样模块、第一三相配电线路模块、短路开关模块以及第二三相配电线路模块，
5.所述断路器模块，用于保护配电线路并设在所述配电线路的输入端；
6.所述采样模块，用于电压和电流的采样；
7.所述第一三相配电线路模块和所述第二三相配电线路模块，均用于分配电能；
8.所述短路开关模块，用于切换所述配电线路的各短路故障；
9.所述断路器模块、所述第一三相配电线路模块、所述短路开关模块以及所述第二三相配电线路模块依次电连接。
10.进一步，所述断路器模块包括继电器、驱动电路以及隔离电路，控制信号输入至所述隔离电路，所述隔离电路输出至所述驱动电路。
11.进一步，所述隔离电路为光耦隔离器，所述光耦隔离器包括tlp181线性光耦，所述tlp181线性光耦通过下拉电阻接地。
12.进一步，所述驱动电路包括三极管s9014，所述tlp181线性光耦通过电阻r3与所述三极管s9014电连接。
13.进一步，所述驱动电路接有二极管in4148。
14.进一步，所述采样模块包括电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路包括依次连接的电压互感器spt204a、运算放大器op07a以及运算放大器lm358，所述电流采样电路包括依次连接的电流互感器sct254ak、运算放大器op07a以及运算放大器lm358。
15.进一步，所述第一三相配电线路模块和所述第二三相配电线路模块均包括两排八脚排针、四个电阻、四个电感以及八个电容，每排所述八脚排针的相邻引脚两两相连，分别为中性线和三相，其中三相分别接三个电阻和三个电感，所述中性线接另外一个电阻和另
外一个电感，其中一个所述八脚排针的中性线和三相分别接其中四个电容，另外一个所述八脚排针的中性线和三相分别接另外四个电容。
16.进一步，所述短路开关模块包括拨动开关，所述拨动开关控制各个短路开关s1、s2、s3和s4的开合状态以切换所述配电线路的各短路故障。
17.进一步，还包括三相电源输入端口模块和负荷输出端口模块，所述三相电源输入端口输出至所述断路器模块，所述第二三相配电线路模块输出至所述负荷输出端口模块。
18.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
19.1、能够定性地模拟配电线路发生短路故障时的情况，并且实时监测系统中的电压、电流信号，可以更广泛地应用于科学研究及教学展示。
20.2、所设计的信号调理电路，能够准确地将电压、电流传感器输出的双极性信号调理成直接被a/d模块或微处理器转换的单极性信号。
21.3、中性点非有效接地配电网等值电路pcb板可以将投资巨大、占地面积广的配电网物理模拟系统浓缩到小小的pcb电路板上。
附图说明
22.图1为本实用新型实施例提供的一种具有10kv配电模拟线路的pcb板的配电线路示意图；
23.图2为本实用新型实施例提供的一种具有10kv配电模拟线路的pcb板的第一三相配电线路模块和第二三相配电线路模块的原理图；
24.图3为本实用新型实施例提供的一种具有10kv配电模拟线路的pcb板的断路器模块的原理图；
25.图4为本实用新型实施例提供的一种具有10kv配电模拟线路的pcb板的短路开关模块的原理图；
26.图5为本实用新型实施例提供的一种具有10kv配电模拟线路的pcb板的电压采样电路的原理图；
27.图6为本实用新型实施例提供的一种具有10kv配电模拟线路的pcb板的电流采样电路的原理图。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.请参阅图1至图6，本实用新型实施例提供一种具有10kv配电模拟线路的pcb板，包括板体，所述板体上设有断路器模块、采样模块、第一三相配电线路模块、短路开关模块以及第二三相配电线路模块，所述断路器模块，用于保护配电线路并设在所述配电线路的输入端；所述采样模块，用于电压和电流的采样；所述第一三相配电线路模块和所述第二三相配电线路模块，均用于分配电能；所述短路开关模块，用于切换所述配电线路的各短路故障；所述断路器模块、所述第一三相配电线路模块、所述短路开关模块以及所述第二三相配
电线路模块依次电连接。在本实施例中，能够定性地模拟配电线路发生短路故障时的情况，并且实时监测系统中的电压、电流信号，可以更广泛地应用于科学研究及教学展示。所设计的信号调理电路，能够准确地将电压、电流传感器输出的双极性信号调理成直接被a/d模块或微处理器转换的单极性信号。中性点非有效接地配电网等值电路pcb板可以将投资巨大、占地面积广的配电网物理模拟系统浓缩到小小的pcb电路板上。
30.作为本实用新型实施例的优化方案，请参阅图3，所述断路器模块包括继电器、驱动电路以及隔离电路，控制信号输入至所述隔离电路，所述隔离电路输出至所述驱动电路。优选的，所述隔离电路为光耦隔离器，所述光耦隔离器包括tlp181线性光耦，所述tlp181线性光耦通过下拉电阻接地。所述驱动电路包括三极管s9014，所述tlp181线性光耦通过电阻r3与所述三极管s9014电连接。所述驱动电路接有二极管in4148。在本实施例中，该断路器模块由继电器、驱动电路和隔离电路组成。其中隔离元件采用东芝公司的tlp181线性光耦，r2为下拉电阻；继电器驱动电路采用三极管开关电路，即三极管q1(s9014)工作在开关状态；由于继电器内含有线圈，为感性元件，直接断开时电感中的电流无法释放，故需提供续流回路，图3中二极管d1(1n4148)正好起到了这个作用。
31.作为本实用新型实施例的优化方案，请参阅图5和图6，所述采样模块包括电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路包括依次连接的电压互感器spt204a、运算放大器op07a以及运算放大器lm358，所述电流采样电路包括依次连接的电流互感器sct254ak、运算放大器op07a以及运算放大器lm358。在本实施例中，选用的电压互感器为spt204a，其额定输入为2ma。图5中ui为输入电压，r1为限流电阻，为保证不管额定输入电压un(最大值)为何值时，额定输入电流恒为2ma，取限流电阻r1＝50kω、反馈电阻r2＝3kω、c1＝22nf、r3＝200kω、c2＝0.01μf、r4＝r5＝r＝20kω，r7＝4.7kω，v
ref
＝6.9v、r6＝3.3kω，则从电压互感器输出的信号经过由op07a及其外围电路和lm358及其外围电路组成的信号调理电路后，变成了一个从 0.27v变化到 2.97v的模拟信号，能够直接与a/d模块或微处理器的a/d外设连接。选用的电流互感器为sct254ak穿芯式电流互感器，改变穿过互感器中心导线的匝数使得额定输入电流成倍发生变化。电流互感器的lm358及其外围电路参数取值与电压互感器的完全相同，不同的地方在于电压互感器二次侧输出电流为2ma，而电流互感器二次侧输出额定电流为2.5ma，可计算出：r8＝2.4kω，r9＝200kω，r
10
＝r
11
＝20kω，r
12
＝3.3kω，r
13
＝4.7kω，c3＝27nf，c4＝0.01μf。
32.作为本实用新型实施例的优化方案，请参阅图2，所述第一三相配电线路模块和所述第二三相配电线路模块均包括两排八脚排针、四个电阻、四个电感以及八个电容，每排所述八脚排针的相邻引脚两两相连，分别为中性线和三相，其中三相分别接三个电阻和三个电感，所述中性线接另外一个电阻和另外一个电感，其中一个所述八脚排针的中性线和三相分别接其中四个电容，另外一个所述八脚排针的中性线和三相分别接另外四个电容。在本实施例中，八脚排针的引脚两两相连是为了增大模块的载流能力，更能适用于电压等级更高、电流更大的配电网物理模拟实验平台。其中电阻、电感和电容的大小可由配电线路类型(架空线路或电缆线路)、线路长度和线路参数计算得出，且r1＝r2＝r3，l1＝l2＝l3，c1＝c2＝c3＝c5＝c6＝c7，c4＝c8。具体地，第一八脚排针(p1)的7、八脚接三相电源输入的a相，第一八脚排针(p1)的5、6脚接三相电源输入的b相，第一八脚排针(p1)的3、4脚接三相电源输入的c相，第一八脚排针(p1)的1、2脚接中性线n；第二八脚排针(p2)的1、2脚接三相电
源输出的a相，第二八脚排针(p2)的3、4脚接三相电源输出的b相，第二八脚排针(p2)的5、6脚接三相电源输出的c相，第二八脚排针(p2)的7、八脚接中性线n；电阻一(r1)与电感一(l1)串联后一端连接到第一八脚排针(p1)的7、八脚，另一端连接到第二八脚排针(p2)的1、2脚；电阻二(r2)与电感二(l2)串联后一端连接到第一八脚排针(p1)的5、6脚，另一端连接到第二八脚排针(p2)的3、4脚；电阻三(r3)与电感三(l3)串联后一端连接到第一八脚排针(p1)的3、4脚，另一端连接到第二八脚排针(p2)的5、6脚；电阻四(r4)与电感四(l4)串联后一端连接到第一八脚排针(p1)的1、2脚，另一端连接到第二八脚排针(p2)的7、八脚；电容一(c1)、电容二(c2)、电容三(c3)的一端分别与三相电源输入的a相、b相、c相相连，另一端连接在一起，并与电容四(c4)的一端相连，电容四(c4)的另一端与中性线n相连；电容五(c5)、电容六(c6)、电容七(c7)的一端分别与三相电源输出的c相、b相、a相相连，另一端连接在一起，并与电容八(c8)的一端相连，电容八(c8)的另一端与中性线n相连。
33.作为本实用新型实施例的优化方案，请参阅图4，所述短路开关模块包括拨动开关，所述拨动开关控制各个短路开关s1、s2、s3和s4的开合状态以切换所述配电线路的各短路故障。在本实施例中，选用拨动开关，通过控制各个短路开关s1、s2、s3和s4的开合状态来切换配电线路的各种短路故障。
34.作为本实用新型实施例的优化方案，请参阅图1，还包括三相电源输入端口模块和负荷输出端口模块，所述三相电源输入端口输出至所述断路器模块，所述第二三相配电线路模块输出至所述负荷输出端口模块。
35.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。