專利名稱：正弦無(wú)功功率校準(zhǔn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電工儀器儀表行業(yè)無(wú)功功率電能校準(zhǔn)系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地涉及電氣自 動(dòng)化測(cè)量、計(jì)算機(jī)通訊等技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種正弦無(wú)功功率校準(zhǔn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
伴隨著電力工業(yè)的發(fā)展，對(duì)無(wú)功功率的評(píng)價(jià)、計(jì)量越來(lái)越重要。迄今為止國(guó)內(nèi)尚未 建立無(wú)功計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。由于量值不統(tǒng)一，給基層單位的電力生產(chǎn)、運(yùn)行、管理、計(jì)量造成了不同 程度的影響。正弦無(wú)功功率校準(zhǔn)系統(tǒng)，采用電流比較儀式功率橋技術(shù)進(jìn)行無(wú)功測(cè)量功能的 研發(fā)，解決了高等級(jí)多功能標(biāo)準(zhǔn)表的無(wú)功功率、電能的準(zhǔn)確測(cè)量。對(duì)于統(tǒng)一無(wú)功量值、依法 有序管理，建立了基礎(chǔ)技術(shù)平臺(tái)。

發(fā)明內(nèi)容
為解決高等級(jí)無(wú)功標(biāo)準(zhǔn)表的準(zhǔn)確溯源問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于電流比較儀功 率橋的正弦無(wú)功功率校準(zhǔn)系統(tǒng)，按照經(jīng)典的無(wú)功功率定義，復(fù)現(xiàn)正弦無(wú)功功率基本量值，填 補(bǔ)了國(guó)內(nèi)無(wú)功量值標(biāo)準(zhǔn)及其傳遞工作的空白。所采用的技術(shù)方案為一種正弦無(wú)功功率校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括高準(zhǔn)確度電壓源、交直流熱電比較儀、功率比 較儀電橋、正交電流源、跨導(dǎo)放大器、電流互感器、檢測(cè)放大器和分壓器；該校準(zhǔn)系統(tǒng)的工作 電壓由高準(zhǔn)確度電壓源經(jīng)分壓器分壓后產(chǎn)生，通過(guò)交直流熱電比較儀和直流電壓源來(lái)跟蹤 并補(bǔ)償工作電壓的漂移變化，確保準(zhǔn)確性；該工作電壓施加在正交電流源上產(chǎn)生同相電流 Ir和正交電流Ic，同相電流Ir和正交電流Ic分別輸入功率比較儀電橋的Nr、Nc繞組端， 所述Nr、Nc繞組端的匝數(shù)是根據(jù)測(cè)試點(diǎn)的相位計(jì)算得到的；流經(jīng)被檢表的電流經(jīng)跨導(dǎo)放大 器、電流互感器變換后連接到功率比較儀電橋的Nx端，與功率比較儀電橋的Nr、Nc繞組端 輸入的標(biāo)準(zhǔn)同相電流Ir和正交電流Ic進(jìn)行比較，其不平衡電流返回檢測(cè)放大器，檢測(cè)放大 器根據(jù)不平衡電流不斷調(diào)整輸入到跨導(dǎo)放大器的電壓，反復(fù)循環(huán)，至功率比較儀電橋平衡。該校準(zhǔn)系統(tǒng)的工作過(guò)程通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。對(duì)于DC100V電壓的校準(zhǔn)過(guò)程為直流電壓源輸出的DC100V電壓經(jīng)分壓器分壓為 10V，該IOV電壓通過(guò)高準(zhǔn)確度的數(shù)字多用表與固態(tài)電壓標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，該固態(tài)電壓標(biāo)準(zhǔn)溯 源到直流電壓工作基準(zhǔn)上，計(jì)算得到該IOV電壓的實(shí)際值，再乘以分壓系數(shù)便得到DC100V 的實(shí)際值，以此來(lái)調(diào)整直流電壓源的設(shè)置值，使其輸出一個(gè)準(zhǔn)確的DC100V電壓。對(duì)于交流電壓的校準(zhǔn)過(guò)程為交流電壓由高穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生，通過(guò)電流 比較儀式高壓分壓器分壓成100V輸入系統(tǒng)，將這個(gè)AC 100V電壓與準(zhǔn)確的DC 100V電壓分 別接入交直流轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)器的兩個(gè)輸入通道，通過(guò)交直流轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)將系統(tǒng)的工作電壓溯源到 直流電壓上以保證測(cè)量的準(zhǔn)確度。電流比較儀的自動(dòng)平衡過(guò)程為100V交流電壓輸入系統(tǒng)，在正交電流源內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn) 電阻和標(biāo)準(zhǔn)電容上產(chǎn)生IOmA同相電流Ik和正交電流Ic，Ik和Ic分別輸入電流比較儀式功率橋的NK、Nc端，檢測(cè)放大器根據(jù)測(cè)試點(diǎn)的相位和電流大小，計(jì)算產(chǎn)生與AC REF間存在一 定相位，且大小合適的電壓驅(qū)動(dòng)跨導(dǎo)放大器，產(chǎn)生電流，這個(gè)電流值與輸出到被檢表的電流 存在一定比例關(guān)系；精密電流互感器包括兩級(jí)，其中第一級(jí)互感器將跨導(dǎo)放大器輸出的電 流比例變化后輸出到被檢表，另一級(jí)互感器將輸出的電流變換到IA以內(nèi)，連接到電流比較 儀的Nx端，與Nio NC端輸入的標(biāo)準(zhǔn)電流IK，Ic進(jìn)行比較，檢測(cè)繞組Nd檢測(cè)到的不平衡電流 返回檢測(cè)放大器，檢測(cè)放大器根據(jù)不平衡電流大小不斷調(diào)整輸入到跨導(dǎo)放大器的電壓，從 而不斷改變被檢表中的電流，循環(huán)往復(fù)，直到電流比較儀平衡，最終，在電流比較儀的自動(dòng) 平衡和反饋回路的作用下，實(shí)現(xiàn)被測(cè)電流自動(dòng)跟蹤電壓。本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是1、電流比較儀技術(shù)的應(yīng)用在本系統(tǒng)中通過(guò)電流比較儀式功率橋來(lái)實(shí)現(xiàn)被測(cè)電流 跟蹤交流電壓；在正交電流源中，借助于電流比較儀原理的電容橋結(jié)構(gòu)，大容量值工作電容 器可以直接和低損耗、穩(wěn)定性好的小容量標(biāo)準(zhǔn)空氣電容進(jìn)行比較，從而獲得校準(zhǔn)。通過(guò)電流 比較儀可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工作電容的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，使其性能指標(biāo)大大改善，從而得到純正、穩(wěn)定的正 交電流。2、寬量程設(shè)置正弦無(wú)功功率/電能校準(zhǔn)系統(tǒng)的電壓、電流量程設(shè)置，覆蓋了目前 國(guó)內(nèi)使用的各種類型標(biāo)準(zhǔn)表的量程范圍，其中，電壓測(cè)量范圍57V-480V;電流測(cè)量范圍 0. 1A-100A ；功率因數(shù)0(L) 1. 0 O(C)；既保證了在基本量程上得到最高的準(zhǔn)確度和穩(wěn) 定性，同時(shí)也兼顧到寬范圍測(cè)量，可以滿足實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的不同需求。3、溯源方式通過(guò)基本電學(xué)參量直流電壓標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)電阻和標(biāo)準(zhǔn)電容在系統(tǒng)工作的 實(shí)際電壓下溯源，大大減小了中間環(huán)節(jié)傳遞帶來(lái)的不確定度。使整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度指標(biāo)大 大提高。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是依據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的正交電流回路示意圖。圖2是依據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式一個(gè)已知交流電壓U加在電阻R上時(shí)，所產(chǎn)生的功耗即為U2/R，而交流電壓的有效 值是通過(guò)具有相同熱電效應(yīng)的直流量確定，借助熱電變換將直流標(biāo)準(zhǔn)量值傳遞給交流，這 樣就可以從直流電壓標(biāo)準(zhǔn)、電阻標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出功率單位，再把標(biāo)準(zhǔn)功率做時(shí)間上的延伸便可得 到電能。這種從學(xué)基本單位導(dǎo)出電能的方法，是以電阻上的功耗為依據(jù)的，由于大功率精密 電阻不易設(shè)計(jì)制造，因此通過(guò)電流比較儀來(lái)擴(kuò)展工作電流。該測(cè)量系統(tǒng)是以直流電壓標(biāo)準(zhǔn)、交直流轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)、交流標(biāo)準(zhǔn)電阻和標(biāo)準(zhǔn)電容為基 礎(chǔ)建立起來(lái)的，采用了在系統(tǒng)工作的實(shí)際負(fù)荷下直接由直流電壓校準(zhǔn)交流電壓的工作方 式，通過(guò)成熟而穩(wěn)定的基本電學(xué)參數(shù)溯源，從而確保了有功量值的高準(zhǔn)確度和高可靠性。功率電橋用于無(wú)功功率測(cè)量時(shí)需要穩(wěn)定、準(zhǔn)確的正交參考電流。本系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)無(wú) 功功率/電能校準(zhǔn)過(guò)程中，正交電流由接入電壓回路的電容來(lái)提供，這個(gè)正交電流經(jīng)電流 比較儀進(jìn)行比例變換后再注入被檢表的電流回路。通過(guò)電流比較儀原理的電容橋提供比例變換，將流經(jīng)工作電容的電流變換為小電流，借助低損耗、穩(wěn)定性極好的小容量標(biāo)準(zhǔn)空氣電 容和反饋回路的作用以及電流比較儀的自動(dòng)平衡，獲得純正、穩(wěn)定的額定正交電流。裝置的交流電壓由高穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生，通過(guò)高壓分壓器將電壓變?yōu)?00V 輸入系統(tǒng)，在正交電流源內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)電阻和標(biāo)準(zhǔn)電容上產(chǎn)生IOmA同相電流L和正交電流Ic， Ir和Ic分別輸入電流比較儀式功率橋的Nr、Nc端(Nr，Nc的匝數(shù)是根據(jù)測(cè)試點(diǎn)的相位計(jì) 算出的)。流經(jīng)被檢表的電流經(jīng)跨導(dǎo)放大器、電流互感器變換后連接到電流比較儀的Nx端， 與Nr、Nc端輸入的標(biāo)準(zhǔn)電流I,，Ic進(jìn)行比較，檢測(cè)繞組檢測(cè)到的不平衡電流返回檢測(cè)/放 大器，檢測(cè)/放大器根據(jù)不平衡電流不斷調(diào)整輸入到跨導(dǎo)放大器的電壓，反復(fù)循環(huán)，直到電 流比較儀平衡。在電流比較儀達(dá)到平衡時(shí)，如下關(guān)系成立IrNr+IcNc = IxNx圖1是正交電流回路圖。根據(jù)全電流定律，由該比較儀輸出的正交電流可以表示為-.I = ±j、UcoCs因此，通過(guò)這種電流比較儀原理的電容橋結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工作電容的校準(zhǔn)和動(dòng) 態(tài)補(bǔ)償，輸出純正、穩(wěn)定的正交電流。該正交電流源為功率比較儀橋提供標(biāo)準(zhǔn)的正交電流， 保證了無(wú)功功率計(jì)量的準(zhǔn)確性。此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái) 說(shuō)在不脫離本發(fā)明的范圍下進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實(shí)施例僅僅 是例證性的，而不是對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求定義。
權(quán)利要求
1.一種正弦無(wú)功功率校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于包括高準(zhǔn)確度電壓源、交直流熱電比較 儀、功率比較儀電橋、正交電流源、跨導(dǎo)放大器、電流互感器、檢測(cè)放大器和分壓器；該校準(zhǔn) 系統(tǒng)的工作電壓由高準(zhǔn)確度電壓源經(jīng)分壓器分壓后產(chǎn)生，通過(guò)交直流熱電比較儀和直流電 壓源來(lái)跟蹤并補(bǔ)償工作電壓的漂移變化，確保準(zhǔn)確性；該工作電壓施加在正交電流源上產(chǎn) 生同相電流Ir和正交電流Ic，同相電流Ir和正交電流Ic分別輸入功率比較儀電橋的Nr、 Nc繞組端，所述Nr、Nc繞組端的匝數(shù)是根據(jù)測(cè)試點(diǎn)的相位計(jì)算得到的；流經(jīng)被檢表的電流 經(jīng)跨導(dǎo)放大器、電流互感器變換后連接到功率比較儀電橋的Nx端，與功率比較儀電橋的 Nr、Nc繞組端輸入的標(biāo)準(zhǔn)同相電流Ir和正交電流Ic進(jìn)行比較，其不平衡電流返回檢測(cè)放 大器，檢測(cè)放大器根據(jù)不平衡電流不斷調(diào)整輸入到跨導(dǎo)放大器的電壓，反復(fù)循環(huán)，至功率比 較儀電橋平衡。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于該校準(zhǔn)系統(tǒng)的工作過(guò)程通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。
3.如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于對(duì)于DC100V電壓的校準(zhǔn)過(guò)程為直流電 壓源輸出的DC100V電壓經(jīng)分壓器分壓為10V，該IOV電壓通過(guò)高準(zhǔn)確度的數(shù)字多用表與固 態(tài)電壓標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，該固態(tài)電壓標(biāo)準(zhǔn)溯源到直流電壓工作基準(zhǔn)上，計(jì)算得到該IOV電壓 的實(shí)際值，再乘以分壓系數(shù)便得到DC100V的實(shí)際值，以此來(lái)調(diào)整直流電壓源的設(shè)置值，使 其輸出一個(gè)準(zhǔn)確的DC100V電壓。
4.如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于對(duì)于交流電壓的校準(zhǔn)過(guò)程為交流電壓 由高穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生，通過(guò)電流比較儀式高壓分壓器分壓成100V輸入系統(tǒng)，將這 個(gè)AC 100V電壓與準(zhǔn)確的DC 100V電壓分別接入交直流轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)器的兩個(gè)輸入通道，通過(guò) 交直流轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)將系統(tǒng)的工作電壓溯源到直流電壓上以保證測(cè)量的準(zhǔn)確度。
5.如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于電流比較儀的自動(dòng)平衡過(guò)程為100V交 流電壓輸入系統(tǒng)，在正交電流源內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)電阻和標(biāo)準(zhǔn)電容上產(chǎn)生IOmA同相電流Ik和正交 電流Ic，Ie和Ic分別輸入電流比較儀式功率橋的NK、Nc端，檢測(cè)放大器根據(jù)測(cè)試點(diǎn)的相位 和電流大小，計(jì)算產(chǎn)生與AC REF間存在一定相位，且大小合適的電壓驅(qū)動(dòng)跨導(dǎo)放大器，產(chǎn)生 電流，這個(gè)電流值與輸出到被檢表的電流存在一定比例關(guān)系；精密電流互感器包括兩級(jí)，其 中第一級(jí)互感器將跨導(dǎo)放大器輸出的電流比例變化后輸出到被檢表，另一級(jí)互感器將輸出 的電流變換到IA以內(nèi)，連接到電流比較儀的Nx端，與NK、Nc端輸入的標(biāo)準(zhǔn)電流IK，Ic進(jìn)行 比較，檢測(cè)繞組ND檢測(cè)到的不平衡電流返回檢測(cè)放大器，檢測(cè)放大器根據(jù)不平衡電流大小 不斷調(diào)整輸入到跨導(dǎo)放大器的電壓，從而不斷改變被檢表中的電流，循環(huán)往復(fù)，直到電流比 較儀平衡，最終，在電流比較儀的自動(dòng)平衡和反饋回路的作用下，實(shí)現(xiàn)被測(cè)電流自動(dòng)跟蹤電 壓。
全文摘要
本發(fā)明屬于電工儀器儀表行業(yè)無(wú)功功率電能校準(zhǔn)系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地涉及電氣自動(dòng)化測(cè)量、計(jì)算機(jī)通訊等技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種正弦無(wú)功功率校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括高準(zhǔn)確度電壓源、交直流熱電比較儀、功率比較儀電橋、正交電流源、跨導(dǎo)放大器、電流互感器、檢測(cè)放大器和分壓器。該系統(tǒng)按照經(jīng)典的無(wú)功功率定義，復(fù)現(xiàn)正弦無(wú)功功率基本量值，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)無(wú)功量值標(biāo)準(zhǔn)及其傳遞工作的空白。
文檔編號(hào)G01R35/04GK102087350SQ20111000647
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者于海波, 關(guān)陽(yáng), 楊林, 林繁濤, 王麗莎, 王猛, 白靜芬, 薛金會(huì), 趙莎 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院