專利名稱：全電子式電壓/電流負(fù)載箱的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種負(fù)載箱，具體涉及電力計(jì)量中互感器誤差測(cè)試用的電壓或電流負(fù)載箱。
背景技術(shù)：
理論分析表明，電力測(cè)試用電壓、電流互感器的誤差跟其所接的負(fù)荷成正比，因此在進(jìn)行誤差測(cè)試時(shí)必須帶相應(yīng)負(fù)載進(jìn)行測(cè)試(如圖1(a)、(b)所示)。圖2為目前國(guó)內(nèi)最常用的電流、電壓負(fù)載箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖，電流負(fù)載在不同阻值和功率因數(shù)要求時(shí)通過(guò)波段開關(guān)進(jìn)行切換，而電壓負(fù)載則通過(guò)鈕子開關(guān)進(jìn)行切換。目前該類型負(fù)載箱在互感器誤差測(cè)試中被大量采用。
隨著技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)上已出現(xiàn)了互感器誤差全自動(dòng)檢定裝置，因此圖2所示的手動(dòng)切換負(fù)載箱不能滿足實(shí)際要求，于是出現(xiàn)了圖3的實(shí)現(xiàn)方法，該類負(fù)載箱主要是在手動(dòng)負(fù)載箱的基礎(chǔ)上增加了一些繼電器進(jìn)行控制，從而可實(shí)現(xiàn)其負(fù)載通過(guò)計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。
但是上述實(shí)施方案中存在許多不足之處，主要表現(xiàn)(一)由于互感器的誤差與負(fù)載成正比，圖2方式的所有開關(guān)存在一定的接觸電阻，且其接觸電阻可能隨時(shí)間發(fā)生變化，從而影響誤差測(cè)試的準(zhǔn)確性，并且操作復(fù)雜。(2)采用繼電器控制方式，由于繼電器接觸電阻的不固定性，容易造成測(cè)試結(jié)果偏差較大，同時(shí)，由于繼電器的頻繁動(dòng)作而易損壞，從而影響整套裝置工作的可靠性；(3)該類型負(fù)載箱的功率因數(shù)大多為0.8和1，而實(shí)際系統(tǒng)中許多場(chǎng)合需要的是低功率因數(shù)負(fù)載箱，為滿足實(shí)際測(cè)試需要，用戶需配置各種型號(hào)的負(fù)載箱；(4)用戶真正關(guān)心的實(shí)際系統(tǒng)的計(jì)量誤差，而現(xiàn)有負(fù)載箱的阻值檔位有限，無(wú)法真正模擬實(shí)際負(fù)載，因此無(wú)法確定CT、PT在運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)際計(jì)量誤差值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種全電子式電壓/電流負(fù)載箱的實(shí)現(xiàn)方法，以克服上述負(fù)載箱存在的缺陷。
本負(fù)載箱的實(shí)現(xiàn)理論是兩個(gè)相差為90度的信號(hào)，其幅值大小的不同和超前、滯后關(guān)系的變化，可構(gòu)成任意幅值和相位的信號(hào)；利用受控電壓、電流源可實(shí)現(xiàn)阻抗的等效變換?；驹砣鐖D4所示，其技術(shù)方案是負(fù)載箱的輸出受控信號(hào)源的電流或電壓是這樣得到的來(lái)自于互感器的二次電信號(hào)經(jīng)取樣電阻R0取樣后，通過(guò)功率放大后分為兩路信號(hào)，一路為與互感器二次信號(hào)同相的信號(hào)，它直接作為D/A轉(zhuǎn)換器1的參考電壓，D/A轉(zhuǎn)換器1的輸出電壓值V2由加在D/A轉(zhuǎn)換器1上的控制數(shù)據(jù)D1決定；另一路經(jīng)過(guò)正交處理后，得到與互感器二次信號(hào)相差90°的信號(hào)，該信號(hào)為D/A轉(zhuǎn)換器2的參考電壓，D/A轉(zhuǎn)換器2的輸出電壓值V3由加在D/A轉(zhuǎn)換器2上的控制數(shù)據(jù)D2決定；兩路輸出信號(hào)疊加后經(jīng)功放輸出負(fù)載箱的輸出受控信號(hào)源的電流源或電壓源；其中控制數(shù)據(jù)D1、D2是根據(jù)負(fù)載箱類型、負(fù)載值、功率因數(shù)值、測(cè)試線阻抗值由數(shù)據(jù)處理器計(jì)算得到。
采用本發(fā)明的方法所構(gòu)成的電壓電流負(fù)載箱主要有下列特點(diǎn)1、等值阻抗和功率因數(shù)可任意編程控制，因此可作為常規(guī)負(fù)載箱或低功率負(fù)載箱使用，同時(shí)可模擬實(shí)際系統(tǒng)負(fù)荷(通過(guò)其他手段測(cè)得)而得到被檢電壓、電流互感器在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中造成的計(jì)量誤差。
2、負(fù)載的調(diào)節(jié)采用全電子方式，避免了觸點(diǎn)老化，接觸電阻不穩(wěn)定等問題。
3、易于和數(shù)字式互感器的誤差測(cè)試裝置的微處理接口，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)程控切換。
4、電流負(fù)載箱的測(cè)試線附易于和數(shù)字式互感器的誤差測(cè)試裝置的微處理接口，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)程控切換。加阻抗可直接設(shè)置，減小了對(duì)測(cè)試線的要求。


圖1互感器誤差測(cè)試帶相應(yīng)負(fù)載測(cè)試原理圖2現(xiàn)有手動(dòng)電流、電壓負(fù)載箱結(jié)構(gòu)3現(xiàn)有繼電器控制電流、電壓負(fù)載箱結(jié)構(gòu)4本發(fā)明原理5本發(fā)明電流負(fù)載箱示意6本發(fā)明電壓負(fù)載箱示意7本發(fā)明原理框圖具體實(shí)施方式
一、電流負(fù)載箱如圖5所示，在電流負(fù)載箱中，互感器二次電流被分為流過(guò)電阻R∑支路的電流 和受控電流源的電流 。取樣電阻R0連接線性差分放大電路4，線性差分放大電路4輸出連接并聯(lián)電路，并聯(lián)電路由D/A轉(zhuǎn)換器12和正交處理電路3，D/A轉(zhuǎn)換器24，兩路電路輸出連接加法器5，加法器5輸出連接線性電流放大器6。
其原理為經(jīng)取樣電阻R0后通過(guò)差分放大電路4獲取與電流 成正比的電壓信號(hào)V1，該信號(hào)被分為兩路，一路為與 同相的信號(hào)，直接作為D/A轉(zhuǎn)換器12的參考電壓，其輸出值V2由D/A的控制數(shù)據(jù)D11決定。另一路經(jīng)過(guò)正交處理電路3的處理，獲取與 相差為90度、大小與V1相等的信號(hào)作為D/A轉(zhuǎn)換器24的參考電壓，其輸出電壓值V4由控制數(shù)據(jù)D22決定。兩路D/A輸出信號(hào)在加法器5進(jìn)行疊加，形成電流功放6的控制信號(hào)V5，最后經(jīng)功放6輸出受控電流源的電流 可見，實(shí)現(xiàn)負(fù)載箱程控的關(guān)鍵是如何根據(jù)系數(shù)K1實(shí)現(xiàn)受控電流源 ，即D/A轉(zhuǎn)換器控制數(shù)據(jù)D11，D22的選取是問題的關(guān)鍵。對(duì)電流負(fù)載箱而言，其R∑按最大阻值考慮，對(duì)阻值為Z，功率因數(shù)為η的負(fù)載，則有 即有K.I=KIr+jKIi=[RΣ(Z×η-ZL)Z2-2ZL×Z×η+ZL2-1]-jRΣZ1-η2Z2-2ZL×Z×η+ZL2]]>式中ZL為負(fù)載箱為外接線預(yù)留的電阻值，該值可根據(jù)測(cè)試線的具體電阻值進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)圖5有關(guān)系式 即 式中D11、D22為D/A轉(zhuǎn)換器12、24的數(shù)據(jù)，N為D/A的轉(zhuǎn)換位數(shù)，A1，A2分別為取樣電路4和功率放大電路6的放大倍數(shù)，可見在已知負(fù)載的阻抗值和功率因數(shù)的條件下，即可計(jì)算D/A12和24的數(shù)據(jù)，整個(gè)電路的等值阻抗只與數(shù)據(jù)D11、D22有關(guān)，同時(shí)D11，D22對(duì)某一固定阻抗值只需進(jìn)行一次設(shè)置，因此可用串行D/A實(shí)現(xiàn)?？紤]到流負(fù)載箱的短路和開路兩種特殊狀態(tài)，在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中加入了兩個(gè)控制繼電器J1和J2。
二、電壓負(fù)載箱如圖6所示，取樣電阻R0連接線性差分放大電路7，線性差分放大電路7輸出連接并聯(lián)電路，并聯(lián)電路由D/A轉(zhuǎn)換器18和正交處理電路9，D/A轉(zhuǎn)換器210，兩路電路輸出連接加法器11，加法器11輸出連接線性電壓放大器8。
其原理為經(jīng)電壓分壓器R，和取樣電阻R0后通過(guò)差分放大電路7獲得與電壓互感器二次電壓V成正比的電壓信號(hào)V6，該信號(hào)被分為兩路，一路直接作為D/A轉(zhuǎn)換器18的參考電壓，其輸出值V7由D/A的控制數(shù)據(jù)D13決定。另一路經(jīng)過(guò)正交處理電路9的處理，獲取與V相差為90度、大小與V6相等的信號(hào)作為D/A轉(zhuǎn)換器210的參考電壓，其輸出電壓值V7由控制數(shù)據(jù)D24決定。兩路D/A輸出信號(hào)在加法器11進(jìn)行疊加，形成電壓功放8的控制信號(hào)V8，最后經(jīng)功放8輸出受控電壓源的電壓 可見，實(shí)現(xiàn)負(fù)載箱程控的關(guān)鍵是如何根據(jù)系數(shù) 實(shí)現(xiàn)受控電流源 即D/A轉(zhuǎn)換器控制數(shù)據(jù)D13，D24的選取是問題的關(guān)鍵。
對(duì)電壓負(fù)載箱，其受控電壓源系數(shù) 根據(jù)實(shí)際導(dǎo)納值y、功率因數(shù)η確定。 即K.u=Kur+jKui=[RΣ+RR0-RRΣyR0η]+jRRΣyR01-η]]>由圖6有 即 同樣，為了實(shí)現(xiàn)電壓負(fù)載箱的空載(開路)狀態(tài)，在回路中加入了一組繼電器J3。
控制數(shù)據(jù)D11、D22、D13、D24是根據(jù)負(fù)載箱類型、負(fù)載值、功率因數(shù)值、測(cè)試線阻抗值由數(shù)據(jù)處理器計(jì)算得到。具體如圖7所示，數(shù)據(jù)處理器包括單片機(jī)，與單片機(jī)連接的可編程邏輯器件及程序存儲(chǔ)器，輸入輸出單元。圖中13為80C196單片機(jī)，用于D/A的控制參數(shù)的計(jì)算的等值負(fù)載的自動(dòng)控制和實(shí)現(xiàn)以及鍵盤、顯示和通訊的控制；14為CPLD(可編程邏輯器件)，完成鍵盤/顯示的接口邏輯、D/A的片選/數(shù)據(jù)及控制接口等邏輯功能的實(shí)現(xiàn)，2、4、8、10為圖5、圖6中的D/A轉(zhuǎn)換器，17為電流負(fù)載箱控制接口，18為電壓負(fù)載箱控制接口，19為串口，20為程序存貯器。
其工作原理為通過(guò)鍵盤和顯示器的提示輸入負(fù)載箱類型、負(fù)荷值、功率因數(shù)值和測(cè)試線阻抗值(對(duì)電流負(fù)載)，根據(jù)輸入的負(fù)載需要值自動(dòng)計(jì)算D/A的控制參數(shù)D11，D22或D13、D24，并送往相應(yīng)的D/A器件，利用圖5或圖6的電路自動(dòng)實(shí)現(xiàn)設(shè)定的等效負(fù)載，以滿足實(shí)際試驗(yàn)的要求。串口的設(shè)置是為了與PC機(jī)配合，利用相應(yīng)的控制軟件直接進(jìn)行負(fù)載設(shè)置，實(shí)現(xiàn)在CT/PT誤差檢測(cè)時(shí)的全自動(dòng)負(fù)載箱功能。
權(quán)利要求
1.一種全電子式電壓/電流負(fù)載箱的實(shí)現(xiàn)方法，其特征實(shí)現(xiàn)方法為負(fù)載箱的輸出受控信號(hào)源的電流或電壓是這樣得到的來(lái)自于互感器的二次電信號(hào)經(jīng)取樣電阻R0取樣后，通過(guò)功率放大后分為兩路信號(hào)，一路為與互感器二次信號(hào)同相的信號(hào)，它直接作為D/A轉(zhuǎn)換器1的參考電壓，D/A轉(zhuǎn)換器1的輸出電壓值V2由加在D/A轉(zhuǎn)換器1上的控制數(shù)據(jù)D1決定；另一路經(jīng)過(guò)正交處理后，得到與互感器二次信號(hào)相差90°的信號(hào)，該信號(hào)為D/A轉(zhuǎn)換器2的參考電壓，D/A轉(zhuǎn)換器2的輸出電壓值V3由加在D/A轉(zhuǎn)換器2上的控制數(shù)據(jù)D2決定；兩路輸出信號(hào)疊加后經(jīng)功放輸出負(fù)載箱的輸出受控信號(hào)源的電流源或電壓源；其中控制數(shù)據(jù)D1、D2是根據(jù)負(fù)載箱類型、負(fù)載值、功率因數(shù)值、測(cè)試線阻抗值由數(shù)據(jù)處理器計(jì)算得到。
2.如權(quán)利要求1所述全電子式電壓/電流負(fù)載箱的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是，它是全電子式電流負(fù)載箱的實(shí)現(xiàn)方法，互感器的二次電信號(hào)為電流信號(hào)，兩路輸出信號(hào)疊加后經(jīng)功放輸出負(fù)載箱的輸出受控信號(hào)源為受控電流源，加在D/A轉(zhuǎn)換器12上的控制數(shù)據(jù)D11及加在D/A轉(zhuǎn)換器24上的控制數(shù)據(jù)D22的計(jì)算式分別如下 其中N為D/A的轉(zhuǎn)換位數(shù)，A1，A2分別為取樣功率放大和輸出功率放大的放大倍數(shù)，R0為取樣電阻，R∑為最大等效阻值，Z為設(shè)定阻值，η為功率因數(shù)，ZL為負(fù)載箱為外接線預(yù)留的電阻值。
3.如權(quán)利要求1所述全電子式電壓/電流負(fù)載箱的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是，它是全電子式電壓負(fù)載箱的實(shí)現(xiàn)方法，互感器的二次電信號(hào)為電壓信號(hào)，兩路輸出信號(hào)疊加后經(jīng)功放輸出負(fù)載箱的輸出受控信號(hào)源為受控電壓源，受控電壓源串聯(lián)電阻R，加在D/A轉(zhuǎn)換器18上的控制數(shù)據(jù)D13及加在D/A轉(zhuǎn)換器210上的控制數(shù)據(jù)D24的計(jì)算式分別如下 其中N為D/A的轉(zhuǎn)換位數(shù)，A3，A4分別為取樣功率放大和輸出功率放大的放大倍數(shù)，R0為取樣電阻，R∑為最大等效阻值，R為受控電壓源串聯(lián)電阻，y為實(shí)際導(dǎo)納值，η為功率因數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述全電子式電壓/電流負(fù)載箱的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是功率放大為線性功率放大器。
5.如權(quán)利要求1所述全電子式電壓/電流負(fù)載箱的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是數(shù)據(jù)處理器包括單片機(jī)，與單片機(jī)連接的可編程邏輯器件及程序存儲(chǔ)器，輸入輸出單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全電子式電壓/電流負(fù)載箱的實(shí)現(xiàn)方法。負(fù)載箱的輸出受控信號(hào)源的電流或電壓是這樣得到的來(lái)自于互感器的二次電信號(hào)經(jīng)取樣電阻R
文檔編號(hào)G01R35/02GK1405575SQ02139199
公開日2003年3月26日 申請(qǐng)日期2002年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月24日
發(fā)明者卜正良, 宋樹, 徐紅兵, 黃傳國(guó) 申請(qǐng)人:武漢國(guó)測(cè)科技股份有限公司