交直流仪表现场标准源设计

2014-08-19 15:18:53来源: eefocus 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

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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