交直流儀表現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)源設(shè)計

交直流儀表現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)源可以用來檢定測試交直流電壓表、電流表和單相、三相有功功率表、無功功率表、相位表、功率因數(shù)表、頻率表等多種工頻儀表及電量變送器。該系統(tǒng)具有體積小、重量輕、操作方便等特點(diǎn)，特別適合現(xiàn)場使用。同時該系統(tǒng)具有功能多、準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)，也適合實(shí)驗(yàn)室使用。該系統(tǒng)性價比高、一機(jī)多能，市場前景十分看好。

1主要特點(diǎn)

(1)多功能、高準(zhǔn)確度、大功率，可廣泛應(yīng)用于檢定各種工頻儀表。

(2)輸出電壓、電流、相位、功率因數(shù)、頻率等均為軟件啟動，量程可自動或手動切換，對負(fù)載沖擊小。

(3)電壓、電流、相位、功率因數(shù)、頻率等均可逐位調(diào)節(jié)，連續(xù)步進(jìn)，并有滿度和清零鍵，使用方便。

(4)具有過流、過壓自動保護(hù)、自動復(fù)位的功能。

(5)320X240LDC大屏幕顯示，可同時顯示輸出電壓、電流、相位、功率因數(shù)、頻率等參數(shù)，并且可顯示所調(diào)節(jié)的值的相對誤差和絕對誤差。

(6)具有外部校準(zhǔn)功能，可保持校準(zhǔn)后的準(zhǔn)確度。

2技術(shù)指標(biāo)

(1)輸出頻率范圍：40.00~65.00Hz，準(zhǔn)確度±0.02%，調(diào)節(jié)細(xì)度：0.01Hz.

(2)輸出交流電壓范圍：A相15~660V，分為150V、250V、400V、600V四個量程;B、C相為15~440V.分為150V、250V、400V三個量程。

(3)輸出直流電壓范圍：10mV~660V，分為75mV、200mV、2V、10V、150V、250V、400V、600V八個量程。

(4)輸出交流電流范圍：50mA~33A，分為500mA、1A、5A、30A四個量程。

(5)輸出直流電流范圍：5mA~22A，分為20μA、200μA、2mA、20mA、500mA、1A、5A、20A八個量程。

(6)輸出交直流電壓、電流調(diào)節(jié)細(xì)度，優(yōu)于1×10-5，六位數(shù)字逐位調(diào)節(jié)，每個量程均可在0~110%之間調(diào)節(jié)。

(7)交流電壓、電流移相范圍：0.00～359.99°，調(diào)節(jié)細(xì)度0.01°，準(zhǔn)確度±0.05°。

(8)交流電壓、電流、功率(PF=1)準(zhǔn)確度：0.05%.

(9)直流電壓準(zhǔn)確度：0.02%.

(10)直流電流5A~20mA;量程準(zhǔn)確度：0.02%;其他量程準(zhǔn)確度：0.05%.

(11)交流電壓、電流輸出額定功率：30W.

(12)測量時間范圍：1ms~100s，準(zhǔn)確度：±0.1ms.

(13)可以加2~20次諧波。幅度為基波0~30%.

圖1交直流儀表現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)源直流原理圖

圖2電壓幅值控制原理

3工作原理

此儀表的直流部分原理見圖1，交流部分見圖3.下面從交流幅值控制原理、交流相位控制原理、直流電壓控制原理及直流電流幅值控制原理分別進(jìn)行分析。

3.1交流幅值控制原理

圖3交直流儀表現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)源交流原理圖 交流電壓幅值控制過程見圖2.

在穩(wěn)態(tài)時，輸出電壓

其中B包括放大器衰減系數(shù)和交直流轉(zhuǎn)換系數(shù)，從上式可以看出輸出電壓的穩(wěn)定度，取決于直流基準(zhǔn)及放大器衰減系數(shù)和交直流轉(zhuǎn)換系數(shù)。直流基準(zhǔn)的穩(wěn)定度優(yōu)于10×10-5，放大器衰減系數(shù)和交直流轉(zhuǎn)換系數(shù)優(yōu)于20×10-5，輸出電壓的穩(wěn)定度優(yōu)于20×10-5.只要穩(wěn)定度達(dá)到了要求，通過校準(zhǔn)可使電壓準(zhǔn)確度保證在0.05級。

同樣原理，按上述方法也可以使電流準(zhǔn)確度保證在0.05級。

3.2交流相位控制原理

從上面的分析可以看出對電壓、電流的控制只能對其幅值進(jìn)行控制，對其相位沒有控制作用，對電壓、電流的相位采取單獨(dú)一套控制系統(tǒng)，見圖4.

圖4相位控制原理

電壓、電流分別經(jīng)過過零電路和整行電路變成方波信號，電壓方波信號直接加到鑒相器中，電流方波一路經(jīng)過反相器加到門控電路中，另一路直接加到門控電路中，門控電路加到鑒相器中。當(dāng)電壓、電流相位在180～360°之間時，門控電路控制電壓、電流直接進(jìn)行鑒相;當(dāng)電壓、電流相位在180°以內(nèi)時，門控電路控制電壓和電流的反向信號進(jìn)行鑒相，這時的鑒相值應(yīng)減去180°。

鑒相器輸出的時間間隔信號表示電壓和電流的相位差。用12MHz的脈沖測量此信號，測量計數(shù)器的值為Nx，則

頻率是65Hz，測量分辨率最低0.0019°

頻率為40Hz，測量分辨率最高0.0012°

通過測量的相位值調(diào)節(jié)信號源相位，使相位輸出值穩(wěn)定在設(shè)定值，由于測量分辨率較高，通過單片機(jī)很容易把相位控制在±0.05°以內(nèi)。

3.3直流電壓控制原理

直流電壓控制原理見圖5.

圖5電壓控制原理圖

在穩(wěn)定的狀態(tài)下，輸出電壓

UE是數(shù)模變換器輸出電壓，UE輸出電壓0~11V，E是誤差放大器的放大倍數(shù)[4]，M是電壓取樣系數(shù)，K是前置放大器和功率放大器的放大倍數(shù)，其值趨近無窮大，所以

輸出值在不同量程可改變電壓取樣系數(shù)M的值，可使輸出電壓在一量程內(nèi)連續(xù)輸出。 3.4直流電流幅值控制原理

電流幅值控制原理見圖6.

圖6電流幅值控制原理

在穩(wěn)定狀態(tài)下輸出電流：

同電壓原理一樣輸出電流：

UE輸出值是0~11V，通過調(diào)整取樣電阻R0和誤差放大器的放大倍數(shù)E的值，可使輸出電流在22A~2μA之間分量程連續(xù)調(diào)節(jié)。

4技術(shù)特點(diǎn)

本裝置采用電壓、電流、相位三個獨(dú)立的控制系統(tǒng)，電壓、電流跟蹤直流，響應(yīng)時間快、輸出穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高。相位控制準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠。并且采用數(shù)字式合成信號源、脈沖調(diào)寬式數(shù)模轉(zhuǎn)換等數(shù)字技術(shù)，使整個裝置調(diào)試方便、維修簡單、輸出調(diào)節(jié)范圍寬、調(diào)節(jié)細(xì)度提高，輸出電流、電壓、功率、相位、功率因數(shù)、頻率等可以逐位修正、連續(xù)步進(jìn)，并且還可快速升到滿度值，使用更加方便。

本裝置控制系統(tǒng)設(shè)計集成度高，采用高型并行點(diǎn)擦存儲器和閃爍程序存儲器、先進(jìn)的程序運(yùn)行監(jiān)視芯片和大規(guī)?？删幊唐骷?，所用芯片少、可靠性高、可操作性好、調(diào)試維修方便。而且還具有外部校準(zhǔn)功能，可保持校準(zhǔn)后的準(zhǔn)確度。

5結(jié)語

本系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，主要解決了二次電網(wǎng)的參數(shù)測量及其溯源問題。本系統(tǒng)同時還可以應(yīng)用到清潔能源如風(fēng)能、太陽能的測試，也可以作為儀器儀表企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，用于產(chǎn)品的質(zhì)量控制和標(biāo)定。本系統(tǒng)對于企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量、能源系統(tǒng)提高運(yùn)行效率，都有很大作用，對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要意義，社會效益十分顯著。