交直流仪表现场标准源设计

2014-08-19 15:18:53来源: eefocus

交直流仪表现场标准源可以用来检定测试交直流电压表、电流表和单相、三相有功功率表、无功功率表、相位表、功率因数表、频率表等多种工频仪表及电量变送器。该系统具有体积小、重量轻、操作方便等特点,特别适合现场使用。同时该系统具有功能多、准确度高的优点,也适合实验室使用。该系统性价比高、一机多能,市场前景十分看好。

1主要特点

(1)多功能、高准确度、大功率,可广泛应用于检定各种工频仪表。

(2)输出电压、电流、相位、功率因数、频率等均为软件启动,量程可自动或手动切换,对负载冲击小。

(3)电压、电流、相位、功率因数、频率等均可逐位调节,连续步进,并有满度和清零键,使用方便。

(4)具有过流、过压自动保护、自动复位的功能。

(5)320X240LDC大屏幕显示,可同时显示输出电压、电流、相位、功率因数、频率等参数,并且可显示所调节的值的相对误差和绝对误差。

(6)具有外部校准功能,可保持校准后的准确度。

2技术指标

(1)输出频率范围:40.00~65.00Hz,准确度±0.02%,调节细度:0.01Hz.

(2)输出交流电压范围:A相15~660V,分为150V、250V、400V、600V四个量程;B、C相为15~440V.分为150V、250V、400V三个量程。

(3)输出直流电压范围:10mV~660V,分为75mV、200mV、2V、10V、150V、250V、400V、600V八个量程。

(4)输出交流电流范围:50mA~33A,分为500mA、1A、5A、30A四个量程。

(5)输出直流电流范围:5mA~22A,分为20μA、200μA、2mA、20mA、500mA、1A、5A、20A八个量程。

(6)输出交直流电压、电流调节细度,优于1×10-5,六位数字逐位调节,每个量程均可在0~110%之间调节。

(7)交流电压、电流移相范围:0.00~359.99°,调节细度0.01°,准确度±0.05°。

(8)交流电压、电流、功率(PF=1)准确度:0.05%.

(9)直流电压准确度:0.02%.

(10)直流电流5A~20mA;量程准确度:0.02%;其他量程准确度:0.05%.

(11)交流电压、电流输出额定功率:30W.

(12)测量时间范围:1ms~100s,准确度:±0.1ms.

(13)可以加2~20次谐波。幅度为基波0~30%.


图1交直流仪表现场标准源直流原理图


图2电压幅值控制原理

3工作原理

此仪表的直流部分原理见图1,交流部分见图3.下面从交流幅值控制原理、交流相位控制原理、直流电压控制原理及直流电流幅值控制原理分别进行分析。

3.1交流幅值控制原理


图3交直流仪表现场标准源交流原理图


交流电压幅值控制过程见图2.

在稳态时,输出电压

其中B包括放大器衰减系数和交直流转换系数,从上式可以看出输出电压的稳定度,取决于直流基准及放大器衰减系数和交直流转换系数。直流基准的稳定度优于10×10-5,放大器衰减系数和交直流转换系数优于20×10-5,输出电压的稳定度优于20×10-5.只要稳定度达到了要求,通过校准可使电压准确度保证在0.05级。

同样原理,按上述方法也可以使电流准确度保证在0.05级。

3.2交流相位控制原理

从上面的分析可以看出对电压、电流的控制只能对其幅值进行控制,对其相位没有控制作用,对电压、电流的相位采取单独一套控制系统,见图4.


图4相位控制原理

电压、电流分别经过过零电路和整行电路变成方波信号,电压方波信号直接加到鉴相器中,电流方波一路经过反相器加到门控电路中,另一路直接加到门控电路中,门控电路加到鉴相器中。当电压、电流相位在180~360°之间时,门控电路控制电压、电流直接进行鉴相;当电压、电流相位在180°以内时,门控电路控制电压和电流的反向信号进行鉴相,这时的鉴相值应减去180°。

鉴相器输出的时间间隔信号表示电压和电流的相位差。用12MHz的脉冲测量此信号,测量计数器的值为Nx,则

频率是65Hz,测量分辨率最低0.0019°

频率为40Hz,测量分辨率最高0.0012°

通过测量的相位值调节信号源相位,使相位输出值稳定在设定值,由于测量分辨率较高,通过单片机很容易把相位控制在±0.05°以内。

3.3直流电压控制原理

直流电压控制原理见图5.


图5电压控制原理图

在稳定的状态下,输出电压

UE是数模变换器输出电压,UE输出电压0~11V,E是误差放大器的放大倍数[4],M是电压取样系数,K是前置放大器和功率放大器的放大倍数,其值趋近无穷大,所以

输出值在不同量程可改变电压取样系数M的值,可使输出电压在一量程内连续输出。

3.4直流电流幅值控制原理

电流幅值控制原理见图6.


图6电流幅值控制原理

在稳定状态下输出电流:

同电压原理一样输出电流:

UE输出值是0~11V,通过调整取样电阻R0和误差放大器的放大倍数E的值,可使输出电流在22A~2μA之间分量程连续调节。

4技术特点

本装置采用电压、电流、相位三个独立的控制系统,电压、电流跟踪直流,响应时间快、输出稳定性好、准确度高。相位控制准确、稳定、可靠。并且采用数字式合成信号源、脉冲调宽式数模转换等数字技术,使整个装置调试方便、维修简单、输出调节范围宽、调节细度提高,输出电流、电压、功率、相位、功率因数、频率等可以逐位修正、连续步进,并且还可快速升到满度值,使用更加方便。

本装置控制系统设计集成度高,采用高型并行点擦存储器和闪烁程序存储器、先进的程序运行监视芯片和大规模可编程器件,所用芯片少、可靠性高、可操作性好、调试维修方便。而且还具有外部校准功能,可保持校准后的准确度。

5结语

本系统应用广泛,主要解决了二次电网的参数测量及其溯源问题。本系统同时还可以应用到清洁能源如风能、太阳能的测试,也可以作为仪器仪表企业的标准,用于产品的质量控制和标定。本系统对于企业提高产品质量、能源系统提高运行效率,都有很大作用,对社会经济发展有着重要意义,社会效益十分显著。

关键字:自动化  二次电网  误差放大器  交直流仪表现场标准源

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2014/0819/article_9328.html
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