專利名稱：工頻三相標(biāo)準(zhǔn)源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三相電參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)計量裝置。
對于包括三個相電壓及相角、三個相電流及相角、相電流和相電壓之間可調(diào)相位等多個三相交流電參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)計量，關(guān)系到電站的正常發(fā)電、生產(chǎn)廠的成本核算、效益分析。目前應(yīng)用三相校驗臺對這些電參數(shù)進(jìn)校驗。這種三相校驗臺，如河南思達(dá)ST-9001，是由三相電源、三相標(biāo)準(zhǔn)表、調(diào)節(jié)設(shè)備(包括幅值、相位、頻率)，臺體(包括量程變換的電壓互感器、電流互感器等)等部分組成，體積龐大，笨重，臺體上有塊監(jiān)視表，調(diào)節(jié)過程中要注視儀表的指示，操作不便，勞動強(qiáng)度大，整體精度取決于標(biāo)準(zhǔn)度的準(zhǔn)確度。目前計量單相交流電參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)源，如WK-5型，是將輸出信號轉(zhuǎn)化成直流信號與機(jī)內(nèi)的直流基準(zhǔn)信號進(jìn)行比較來保持輸出信號幅值的準(zhǔn)確度，幅值取樣丟失了相位信號，需增加相位/時間采樣，再進(jìn)行相位控制。對于要對三個電壓、三個電流及相位進(jìn)行調(diào)節(jié)的三相標(biāo)準(zhǔn)源，采用這種幅值法控制使系統(tǒng)復(fù)雜，易引起振蕩不能正常工作。
本發(fā)明的目的是提出一種不用調(diào)節(jié)設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)表、監(jiān)視表，體積小、重量輕、操作方便、造價低，直接給出十一個三相電參數(shù)的工頻三相標(biāo)準(zhǔn)源。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是用單片機(jī)做控制中心，設(shè)有接口和保護(hù)系統(tǒng)，其特征是采用數(shù)字合成三相正弦波作為信號源，信號源輸出三個相電壓、三個相電流信號，形成六個單元，每個單元信號經(jīng)前饋式功率放大器放大，并由矢量取樣器將信號送入比較器與信號源基準(zhǔn)比較，實現(xiàn)前饋控制。從而保證輸出信號與標(biāo)準(zhǔn)信號相同。
本發(fā)明采用的數(shù)字合成三相信號源由直流標(biāo)準(zhǔn)電源、存儲器ROM、地址發(fā)生器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC、頻率綜合器、時分割移相器組成，其中直流標(biāo)準(zhǔn)電源提供標(biāo)準(zhǔn)信號幅值，頻率綜合器提供標(biāo)準(zhǔn)頻率，通過存儲器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、時分割移相器合成正弦波，通過控制脈沖時間間隔改變移相角。
六個單元的前饋式功率放大器均由負(fù)反饋放大器、前饋誤差放大器、矢量采樣放大器組成，其中電流各單元采用的負(fù)反饋放大器為跨導(dǎo)式放大器。
三個電壓單元輸出端接有高比率、準(zhǔn)確度的精密電阻，三個電流單元的輸出端接有高安匝數(shù)的互感器和精密運放、精密電阻，構(gòu)成矢量取樣器，對幅值、位相進(jìn)行矢量取樣后送至比較器。
本發(fā)明的三相標(biāo)準(zhǔn)源的信號幅值基準(zhǔn)溯源于直流基準(zhǔn)電壓，頻率、相角溯源于高穩(wěn)定的石英振蕩，輸出的電壓、電流準(zhǔn)確度可達(dá)0.02％，調(diào)節(jié)細(xì)度優(yōu)于1×10-4相位設(shè)定誤差可達(dá)0.02°，功率因數(shù)等于1時功率設(shè)定值準(zhǔn)確度為0.02％。由于簡化了構(gòu)成，成本大幅度降低。采用智能化全鍵盤操作，使用方便，功能齊全，體積小，功能強(qiáng)。可廣泛用于校驗三相三線、三相四線有功、無功及單相電能表，也可校驗工頻頻率表，單、三相交流電壓、電流、功率、相位、功率因數(shù)表等。


圖1為本發(fā)明整機(jī)原理、結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明三相標(biāo)準(zhǔn)源數(shù)字合成信號源的原理結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明三相標(biāo)準(zhǔn)源的前饋式電壓功率放大器原理、結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明三相標(biāo)準(zhǔn)源的前饋式電流功率放大器原理結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明三相標(biāo)準(zhǔn)源的電壓單元矢量取樣器；圖6為本發(fā)明三相標(biāo)準(zhǔn)源的電流單元矢量取樣器。
下面結(jié)合附圖敘述本發(fā)明的實施例。
本實施例的工頻三相標(biāo)準(zhǔn)源由三相正弦數(shù)字合成信號源0、三個前饋式電壓功率放大器11、12、比較器13、三個電流功率放大器41、42、比較器43、三個電壓矢量取樣器14、三個電流矢量取樣器44、單片機(jī)管理系統(tǒng)CPU、鍵盤7、接口8、顯示CRT、過壓、過流保護(hù)系統(tǒng)9組成。信號源0輸出六路參數(shù)UAV、UBV、UCV、UAI、UBI、UCI構(gòu)成六個單元1、2、3、4、5、6，各單元獨立閉環(huán)并與信號源串聯(lián)，見圖1。其中數(shù)字合成信號源0由標(biāo)準(zhǔn)直流電壓源DC，頻率綜合器01，二個地址發(fā)生器021、022，二個數(shù)據(jù)存儲器ROM041、042,6個數(shù)碼位12的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC051、052、053、054、055、056，時分割移器03組成，如圖2。一個周期內(nèi)合成點數(shù)取3600點，直流參考標(biāo)準(zhǔn)電壓源DC提供Vref為0-10V，準(zhǔn)確度優(yōu)于20PPM，幅值穩(wěn)定優(yōu)于10PPM，細(xì)度為滿量程1PPM，三個前饋式電壓功率放大器由三個負(fù)反饋放大器11、三個前饋誤差放大器12、三個矢量取樣放大器15組成，如圖3。三個前饋式電流功率放大器由三個跨導(dǎo)式負(fù)反饋放大器41、三個前饋誤差放大器42、三個矢量取樣放大器45組成，如圖4。三個電壓單元1、2、3的輸出端接有高比率高準(zhǔn)確度的精密電阻R141、R142，如圖5。三個電流單元4、5、6輸出端接有高安匝數(shù)互感器CT，精密運放440、精密電阻R441、R442，如圖6。
其工作過程和原理如下見圖2，信號源0通過改變參考標(biāo)準(zhǔn)電壓Vref可調(diào)節(jié)合成正弦信號幅值為需要值，頻率綜合器01輸出頻率Fclk，在Fclk/10作用下地址發(fā)生器021控制正弦ROM041以一定速率輸出正弦數(shù)據(jù)，并由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC051變成模擬正弦信號VA，當(dāng)啟動電路檢測到某一“特定地址”時，起動移相計數(shù)器03，由移相設(shè)定值M開始做減法，當(dāng)M減至零時發(fā)出同步脈沖，使地址發(fā)生器022從“特定地址”開始與地址發(fā)生器021同步循環(huán)輸出VB，此時VA與VB相角相當(dāng)于M個脈沖，每個脈沖代表0.01°，只要M不變，這個過程就不斷循環(huán)，只要改變移相設(shè)定值M就可方便地改變相角，這樣就由信號源0輸出了六路標(biāo)準(zhǔn)帶有相位的電壓UAV、UBV、UCV、電流UAI、UBI、UCI信號。
為了滿足一些消耗功率較大的儀表的校驗、測試，需對六路信號進(jìn)行功率放大。如圖3、如圖4，采用的負(fù)反饋放大器11、41增益為K，負(fù)反饋放大器增益K的誤差為e，前饋放大器12、42的增益為A，矢量取樣放大器15、45增益為β，則由圖3有o(1+e)=Ki,o=A(i-o)+Ki,當(dāng)A＞＞1時，則U.o(1+eAβ)=U.iβ,]]>可以看出引入前饋技術(shù)后使原來的負(fù)反饋放大器的增益誤差e縮小了Aβ倍，適當(dāng)選取Aβ值就可使前饋放大器的總增益只有幅值沒有幅角，即對信號i只有線性放大而不產(chǎn)生附加相位。
經(jīng)過前饋功率放大的信號，采用電壓互感、電流互感器擴(kuò)展量程。由互感器輸出的三個電壓單元1、2、3接有高比率準(zhǔn)確度的精密電阻，R141、R142，溫度系數(shù)小于10ppm/c°，如圖5、采樣電壓β，U.β=R1R1+R2U.]]>，互感器輸出的三個電流單元4、5、6接有高安匝數(shù)n的互感器CT和精密運放440、精密電阻R441、R442，如圖6，采樣電壓n,n=n
R，高安匝數(shù)的互感器大大降低了激磁誤差，精密運放的引入使互感器次級工作在近于短路狀態(tài)，這樣n就代表了
的幅值及相位。由此取到的矢量信號β、n即含有信號的幅值，又含有信號的位相，將其送入比較器13、43與信號源輸出信號進(jìn)行實時跟蹤比較，實現(xiàn)全信息取樣和前饋控制。
管理系統(tǒng)采用8031單片機(jī)為系統(tǒng)核心，通過CPU數(shù)據(jù)總線控制，鍵盤7、顯示CRT、調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相均采用大規(guī)模集成電路，軟件系統(tǒng)采用鍵樹結(jié)構(gòu)，設(shè)計了RS232接口卡8，可組建自動測試系統(tǒng)，采用ADC0809A/D實時采樣進(jìn)行故障診斷9，對幅值瞬間檢測，400μS完成4個通道檢測，檢測故障信號后向CPU發(fā)出中斷請求，CPU響應(yīng)中斷進(jìn)行相應(yīng)處理，并給出“故障、錯誤”信息。
權(quán)利要求
1.工頻三相標(biāo)準(zhǔn)源，由單片機(jī)(CPU)做控制中心，設(shè)有鍵盤(7)、顯示(CRT)、接口(8)和保護(hù)系統(tǒng)(9)，其特征是采用數(shù)字合成三相正弦波為內(nèi)部基準(zhǔn)信號源(0)，信號源輸出三個相電壓UAV、UBV、UCV、三個相電流UAI、UBI、UCI信號形成六個單元，三個電壓單元(1)、(2)、(3)信號經(jīng)前饋式電壓功率放大器(11)、(12)放大，三個電流單元(4)、(5)、(6)信號經(jīng)前饋式電流功率放大器(41)、(42)放大，通過矢量取樣器(14)、(44)將輸出的電流、電壓及相位送入比較器(13)、(43)，跟蹤信號源基準(zhǔn)實現(xiàn)前饋控制。
2.按照權(quán)利要求1所述的工頻三相標(biāo)準(zhǔn)源，其特征是該裝置數(shù)字合成信號源(0)由直流標(biāo)準(zhǔn)電源(DC)、頻率綜合器(01)、時分割移相器(03)、存儲器ROM(041)、(042)、地址發(fā)生器(021)、(022)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC(051)、(052)、(053)、(054)、(055)、(056)組成，其中直流標(biāo)準(zhǔn)電源提供標(biāo)準(zhǔn)信號幅值Vref，頻率綜合器(01)提供標(biāo)準(zhǔn)頻率Fclk，通過存儲器ROM、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC、時分割移相器(03)合成正弦波，控制脈沖時間間隔改變移相角。
3.按照權(quán)利要求1所述的工頻三相標(biāo)準(zhǔn)源，其特征是該裝置三個電壓單元(1)、(2)、(3)的前饋式功率放大器由負(fù)反饋放大器(11)、前饋誤差放大器(12)、矢量取樣放大器(15)組成，三個電流單元(4)、(5)、(6)的前饋式功率放大器由跨導(dǎo)式負(fù)反饋放大器(41)、前饋誤差放大器(42)、矢量取樣放大器(45)組成。
4.按照權(quán)利要求1所述的工頻三相標(biāo)準(zhǔn)源，其特征是該裝置的三個電壓單元(1)、(2)、(3)的輸出端接有高比率、高準(zhǔn)確度的精密電阻(R141)、(R142)，三個電流單元(4)、(5)、(6)的輸出端接有高安匝數(shù)的互感器(CT)和精密運放(440)、精密電阻(R441)、(R442)，對輸出信號的幅值、位相進(jìn)行矢量取樣送入比較器與信號源輸出的標(biāo)準(zhǔn)值比較，確保輸出信號與標(biāo)準(zhǔn)信號相同。
全文摘要
工頻三相標(biāo)準(zhǔn)源是由單片機(jī)做控制中心,數(shù)字合成正弦波做三相標(biāo)準(zhǔn)信號源0,信號源輸出幅度、相位、頻率均可調(diào)節(jié)的六個信號作為內(nèi)部基準(zhǔn)量U
文檔編號G01R35/00GK1218184SQ9711569
公開日1999年6月2日 申請日期1997年11月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月26日
發(fā)明者高巍, 李河, 楊新華, 梁浩, 梁福成 申請人:黑龍江省計量科學(xué)研究所