交直流儀表現場標準源設計

交直流儀表現場標準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、功率因數表、頻率表等多種工頻儀表及電量變送器。該系統具有體積小、重量輕、操作方便等特點，特別適合現場使用。同時該系統具有功能多、準確度高的優(yōu)點，也適合實驗室使用。該系統性價比高、一機多能，市場前景十分看好。

1主要特點

(1)多功能、高準確度、大功率，可廣泛應用于檢定各種工頻儀表。

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

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

(4)具有過流、過壓自動保護、自動復位的功能。

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

(6)具有外部校準功能，可保持校準后的準確度。

2技術指標

(1)輸出頻率范圍：40.00~65.00Hz，準確度±0.02%，調節(jié)細度：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、電流調節(jié)細度，優(yōu)于1×10-5，六位數字逐位調節(jié)，每個量程均可在0~110%之間調節(jié)。

(7)交流電壓、電流移相范圍：0.00～359.99°，調節(jié)細度0.01°，準確度±0.05°。

(8)交流電壓、電流、功率(PF=1)準確度：0.05%.

(9)直流電壓準確度：0.02%.

(10)直流電流5A~20mA;量程準確度：0.02%;其他量程準確度：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交直流儀表現場標準源直流原理圖

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行分析。

3.1交流幅值控制原理

圖3交直流儀表現場標準源交流原理圖 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和交直流轉換系數，從上式可以看出輸出電壓的穩(wěn)定度，取決于直流基準及放大器衰減系數和交直流轉換系數。直流基準的穩(wěn)定度優(yōu)于10×10-5，放大器衰減系數和交直流轉換系數優(yōu)于20×10-5，輸出電壓的穩(wěn)定度優(yōu)于20×10-5.只要穩(wěn)定度達到了要求，通過校準可使電壓準確度保證在0.05級。

同樣原理，按上述方法也可以使電流準確度保證在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一套控制系統，見圖4.

圖4相位控制原理

電壓、電流分別經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、電流直接進行鑒相;當電壓、電流相位在180°以內時，門控電路控制電壓和電流的反向信號進行鑒相，這時的鑒相值應減去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節(jié)信號源相位，使相位輸出值穩(wěn)定在設定值，由于測量分辨率較高，通過單片機很容易把相位控制在±0.05°以內。

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[4]，M是電壓取樣系數，K是前置放大器和功率放大器的放大倍數，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M的值，可使輸出電壓在一量程內連續(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，通過調整取樣電阻R0和誤差放大器的放大倍數E的值，可使輸出電流在22A~2μA之間分量程連續(xù)調節(jié)。

4技術特點

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

本裝置控制系統設計集成度高，采用高型并行點擦存儲器和閃爍程序存儲器、先進的程序運行監(jiān)視芯片和大規(guī)模可編程器件，所用芯片少、可靠性高、可操作性好、調試維修方便。而且還具有外部校準功能，可保持校準后的準確度。

5結語

本系統應用廣泛，主要解決了二次電網的參數測量及其溯源問題。本系統同時還可以應用到清潔能源如風能、太陽能的測試，也可以作為儀器儀表企業(yè)的標準，用于產品的質量控制和標定。本系統對于企業(yè)提高產品質量、能源系統提高運行效率，都有很大作用，對社會經濟發(fā)展有著重要意義，社會效益十分顯著。