專利名稱：一種高準(zhǔn)確度互感器負(fù)荷箱校準(zhǔn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高準(zhǔn)確度互感器負(fù)荷箱校準(zhǔn)裝置，具體為采用麥克斯韋電橋原理對互感器負(fù)荷箱校準(zhǔn)，屬電工實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
互感器負(fù)荷箱是用于互感器誤差特性檢測的一種裝置，互感器負(fù)荷箱的準(zhǔn)確性影響著互感器誤差檢測結(jié)果的測量不確定度評估水平，已有公知的互感器負(fù)荷箱校準(zhǔn)是采用 “阻抗檢測法”或“導(dǎo)納檢測法”，基于磁勢平衡原理(GE系列比較儀)或電勢平衡原理(HE系列電位差計(jì))，由于檢測時測量結(jié)果受電源質(zhì)量(波形的穩(wěn)定性，頻率等因素)影響較大，往往出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，測量不確定度水平不高，直接影響檢測結(jié)果水平，因此，這類互感器校驗(yàn)裝置的準(zhǔn)確度多為3級或2級。上世紀(jì)80年代后期，武漢高壓研究所開始承擔(dān)的IlOkV 工頻電力比例標(biāo)準(zhǔn)自校系統(tǒng)裝置研制項(xiàng)目，研制的HEGl型電位差式互感器校驗(yàn)儀達(dá)到1級的水平；90年代互感器負(fù)荷箱校準(zhǔn)裝置也實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，但這類檢測裝置準(zhǔn)確度水平也只是停留在2級或3級。國際上知名的電工儀器制造廠家，其互感器負(fù)荷箱校準(zhǔn)裝置較早實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化， 但是數(shù)字化負(fù)荷箱校準(zhǔn)裝置產(chǎn)品主要面向一般檢測實(shí)驗(yàn)室。在互感器溯源技術(shù)上，國際上一流檢測機(jī)構(gòu)(如德國、加拿大、英國等國)還是采用電工原理校準(zhǔn)裝置，原理清晰，可靠性
尚ο中國發(fā)明專利《電壓互感器仿真負(fù)荷箱》(申請?zhí)?00910074386.X申請日 2009-05-14)及《電流互感器仿真負(fù)荷箱》(申請?zhí)?00910074387.4申請日:2009-05-14) 所涉及的是仿真負(fù)荷箱制作，并未提及負(fù)荷箱校驗(yàn)問題，高準(zhǔn)確度負(fù)荷箱校驗(yàn)方法及裝置， 未見于已有專利文獻(xiàn)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)提出的問題，提供一種高準(zhǔn)確度互感器負(fù)荷箱校準(zhǔn)裝置，該裝置采用麥克斯韋電橋原理，調(diào)節(jié)電橋中電容橋臂的電阻電容值，即可方便的計(jì)算出被測負(fù)荷箱的阻抗值，其準(zhǔn)確度只與阻容元件及電路固有元件的準(zhǔn)確度有關(guān)，測試結(jié)果不受電源頻率或諧波等質(zhì)量影響，溯源性好，校準(zhǔn)方法科學(xué)，測量準(zhǔn)確度有較大的提升空間。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種高準(zhǔn)確度互感器負(fù)荷箱校準(zhǔn)裝置，是基于麥克斯韋原理的、用于測量阻抗的LC交流電橋，所述的電橋由四個橋臂、檢流計(jì)和外加電源組成；被試品負(fù)荷箱是橋臂中的一支，為串聯(lián)感抗元件1^和rx，還有二個電阻臂和一個阻容臂，其特征在于二個電阻臂&和R3均是不同阻值的可單獨(dú)接入的三支電阻，電容臂由可調(diào)電容C和可調(diào)電阻R4并聯(lián)組成，可調(diào)電容C是4個可變電容盤，可調(diào)電阻R4是4個電阻調(diào)節(jié)盤，其有益效果是可根據(jù)負(fù)荷不同的工作電壓或工作電流及頻率值，接入不同阻值的電阻R2、 R3，配合調(diào)節(jié)電容臂上的阻容值，方便的計(jì)算出負(fù)荷箱感抗值，該感抗值與輸入電源的頻率及諧波無關(guān)。本發(fā)明的工作原理是如附圖1所示的麥克斯韋原理LC交流電橋，被校準(zhǔn)互感器負(fù)荷箱由電感Lx和電阻rx表示，電阻&與其構(gòu)成一側(cè)橋臂，R3與R4、C構(gòu)成另一側(cè)橋臂。接入被測負(fù)荷箱后，調(diào)節(jié)I 3、R4和C，當(dāng)檢流計(jì)G顯示趨近于零時，電橋達(dá)到平衡點(diǎn)。根據(jù)電橋平衡原理得到:rx=R2R3/R4, Lx=CI 2R3。目前，世界上通用的電壓互感器負(fù)荷箱，其總阻抗在10Ω IOkQ區(qū)間，對應(yīng)的額定功率范圍一般為1.25 158. 75VA，對應(yīng)的工作電壓多位為100/ V 3VU10/ V 3V、 120/ V 3V、和 100V，工作頻率為 50Hz 或 60Hz。我國電壓互感器二次負(fù)荷箱對應(yīng)的工作電壓為100/ V 3V、和100V，頻率為50Hz。 通過計(jì)算負(fù)荷箱的上限值和下限值，可以得到電橋各電阻臂、電容臂的電阻及電容值范圍。本發(fā)明的參數(shù)設(shè)計(jì)中，電壓互感器負(fù)荷箱的負(fù)荷取值在1. 25 20VA和40 80VA 兩個區(qū)間，由調(diào)節(jié)電阻臂&實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的參數(shù)設(shè)計(jì)中，電流互感器負(fù)荷箱的總阻抗取值0. 02 50 Ω，負(fù)荷范圍取值2. 5 60VA，施加電流為5Α、1Α。由于電流互感器負(fù)荷箱的阻抗很小，組成電橋臂的電阻 &取值范圍相對于電壓互感器負(fù)荷箱校準(zhǔn)時電橋臂的取值也較小。為了便于Lx和rx直接讀數(shù)，比例臂&和R3的乘積控制為10的倍數(shù)，即Lx和rx的值可直接由R4值表示。本裝置中R3作為倍率盤，取三組不同的電阻值，分別為^Ω，201 Ω 和200kΩ，以滿足不同負(fù)荷量程檢測時的需要。為滿足直讀要求，設(shè)計(jì)&和R3的乘積為10的倍數(shù)，裝置中R3的值已取為2得倍數(shù)，故將&設(shè)計(jì)為5的倍數(shù)電壓互感器負(fù)荷箱負(fù)荷在1. 25 20VA時，&取50 Ω，負(fù)荷在 40 80VA時Ii2取5 Ω，電流互感器負(fù)荷箱負(fù)荷在2. 5 60VA時，&取0. 05 Ω。


附圖1為麥克斯韋交流LC電橋原理附圖2為本發(fā)明實(shí)施例互感器負(fù)荷箱校準(zhǔn)裝置電路原理圖。
具體實(shí)施例方式附圖中的標(biāo)記
附圖1中S—外接交流電源、G—檢流計(jì)、Ldn rx_負(fù)荷箱電感、電阻、R2、R3_電阻臂、 R4、C一電容臂；附圖2中ZX—負(fù)荷箱感抗、K1 一電阻Ii2轉(zhuǎn)換開關(guān)、K3—電阻民轉(zhuǎn)換開關(guān)。以下結(jié)合附圖對發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說明
參照附圖1所示電橋原理，本發(fā)明實(shí)施例如附圖2所示，附圖2中Zx代表被檢測的互感器負(fù)荷箱，由 rx 和 Lx 組成；R21 為 50 Ω，I^22 為 5 Ω，I^23 為 0. 05 Ω，R31 為 2k Ω，R32 為 20k Ω， R33 為 200k Ω。開關(guān)K1用于&的轉(zhuǎn)換，1#、2#和3#連接點(diǎn)分別對應(yīng)于I^21A22和Ii23 ；開關(guān)K2用于R3 的切換，連接點(diǎn)4#、5#和6#分別對應(yīng)R31 > R32和R33O當(dāng)被試品為1. 25 20VA的電壓互感器負(fù)荷箱時，K1連接到1# ；被試品為40 80VA的電壓互感器負(fù)荷箱時，K1連接到2# ；當(dāng)被試品為2. 5 60VA的電流互感器負(fù)荷箱時，K1連接到3#。K2的選擇實(shí)為倍率選擇，根據(jù)實(shí)際的負(fù)荷值與R4、C配合使用。
可調(diào)電阻箱&設(shè)計(jì)為4個電阻調(diào)節(jié)盤組成，R41:1 11K，AR41=Ik; R42IlOOQ IkQ1AR42=IOOQ ； R43:10 100 Ω，AR43=IO Ω ； R44:1 10 Ω，AR44=I Ω。艮P R4 可以調(diào)節(jié)到的最大阻值為 11 X 1Κ+10Χ 100 Ω+IOX 10 Ω+10X1 Ω =12. IlkQ?？烧{(diào)電容箱C設(shè)計(jì)為4個電容調(diào)節(jié)盤組成，C41 =IyF- IlyF, AC41=I μ F ；C42 0. 1 μ F 1 μ F，AC42=O. 1 μ F ；C43 :0. 01 μ F 0. 1 μ F, AC43=O. 01 μ F ；C44 :0. 001 μ F 0. 01 μ F，AC44=O. 001 μ F?？傻玫阶畲箅娙轂?11 X 1 μ F+10X 100nF+10X 10nF+10X InF 1 2. 11 μ F。組成電橋各元件的相關(guān)參數(shù)
互感器負(fù)荷箱校準(zhǔn)電路所需元件包括電阻&，R3, R4及電容C。(1)電阻&的阻值為0. 05 Ω、5 Ω及50 Ω。要求能承受20V電壓和12W的功率， 準(zhǔn)確度要求達(dá)到0.1級。(2)電阻R3的阻值為濁0、201^和2001^，要求能承受120￥電壓和1(^的功率， 準(zhǔn)確度要求達(dá)到0.1級。(3)電阻R4的阻值由五個調(diào)節(jié)部分組成，可以調(diào)節(jié)的最大值為12. IlkQ。要求能承受20V電壓、IW的功率，準(zhǔn)確度要求達(dá)到0. 1級。在測量電壓負(fù)荷箱時，讀數(shù)為導(dǎo)納值，即可讀到0. OOOlSo(4)電容C的最大值為12 μ F，準(zhǔn)確度要求達(dá)到0.1級，最大承受電壓要達(dá)到 20VX3=60V?？梢圆捎迷颇鸽娙莶⒙?lián)的方式到達(dá)。(5)電流互感器負(fù)荷箱與電橋校準(zhǔn)電路連接的導(dǎo)線其電阻固定為0. 06Ω。測量電壓互感器負(fù)荷箱中涉及的元器件在工藝上可以達(dá)到，可以采用上述設(shè)計(jì)制作用于測量互感器負(fù)荷箱校準(zhǔn)裝置。下面結(jié)合附圖2本發(fā)明進(jìn)一步說明。實(shí)施例一
電壓互感器負(fù)荷箱輸入電壓為100V，COSCji=O. 8，當(dāng)額定負(fù)荷為20VA時，rx=400 Ω , Lx=O. 96Η，R21=50 Ω，電橋平衡原理得到R3=8R4,計(jì)算R3至少為1. 7kQ。取R3=2k Ω ,那么 R4=250 Ω，C=9. 6uF。即 K1 連接到 1#。有功分量
11Rjl 250
--^ —^ ^JSmS，R4=250 Ω，讀數(shù)時☆ = ^^ = 23mS。既然單位選擇為 mS，
即將R3縮小1000倍后乘以50得到R4應(yīng)該縮小的倍數(shù)。因?yàn)镽3都是以kQ為單位的，所以對于縮小1000倍的運(yùn)算相當(dāng)方便，可以直讀。根據(jù)以上分析可知當(dāng)電壓互感器負(fù)荷箱的負(fù)荷在1. 25 20VA時，讀數(shù)為&的值縮小100倍。讀數(shù)的單位是mS。無功分量
無功分量就是測量負(fù)荷箱里面的電感值，以H為單位。用上面的例子，Lx=O. 96H, Lx=R2R3C=50 X 2000C=0. 96H得到C=9. 6uF。既然單位選擇為H，那么就是將民縮小1000倍后與50相成后，乘以C的值再縮小1000倍就得到測量L的值。根據(jù)以上分析可知當(dāng)電壓互感器負(fù)荷箱的負(fù)荷在1. 25 20VA時，讀數(shù)為C的值縮小10倍。讀數(shù)的單位是H。實(shí)例二
電壓互感器負(fù)荷箱輸入電壓為100/ V 3V，COSCj5=O. 8，當(dāng)額定負(fù)荷為40VA時，rx=66.6 Ω，Lx=O. 16Η, R22=5 Ω，R3=20k Ω，R4=L 5k Ω，C=L 6uF。即 K1 連接到 2#。有功分量
11R. I^OO
r= 666=15mS 11=1 5k Ω，遞數(shù)吋 Yr^ = 50x 20000‘既然中.位選抒為 mS'
那么就是將民縮小1000倍后乘以50得到R4應(yīng)該縮小的倍數(shù)。但此時讀數(shù)比理論值小10 倍，所以還要對結(jié)果乘以10才能得到計(jì)算結(jié)果。根據(jù)以上分析可知當(dāng)電壓互感器負(fù)荷箱的負(fù)荷在40 80VA時，讀數(shù)為R4的值縮小100倍。讀數(shù)的單位是mS。無功分量
無功分量就是測量負(fù)荷箱里面的電感值，以H為單位。用上面的例子，Lx=O. 16H， Lx=R2R3C=50 X 20000C=0. 16H得到C=L 6uF。既然單位選擇為H，那么就是將&縮小1000倍后與50相成后，乘以C的值再縮小1000倍就得到測量L的值。根據(jù)以上分析可知當(dāng)電壓互感器負(fù)荷箱的負(fù)荷在40 80VA時，讀數(shù)為C的值縮小10倍。讀數(shù)的單位是H。實(shí)例三
電流互感器負(fù)荷箱輸入電流5A，Coscj5=O. 8，當(dāng)額定負(fù)荷為60VA時， rx=l. 92-0. 06=1. 86 Ω，Lx=4. 6mH，R23=5 Ω，經(jīng)過 CT 后的等效電阻 R23 =0 . 05 Ω。根據(jù)電橋平衡原理得至IJ R3=37. 2R4, R3 至少為 8. 36k Ω，R3 取 20k Ω，R4=538 Ω，C=4. 6uF。即 K1 連接至Ij 3#。有功分量
1R^"ifL
—=——=0J38S , R=538 Ω，讀數(shù)時一，一=-—-=IH538S。
T1 Im4 ‘ v^ ] R7Rs 0.05x20000即將R3縮小1000倍后與&的相乘得到R4應(yīng)該縮小的倍數(shù)，再把&除以這個縮小的倍數(shù)就是測量到的rx的值。實(shí)際接入的&為&的0. 01倍，所讀的數(shù)位&縮小1000 倍后乘以10倍的R2的值，再用R4除以該值。根據(jù)以上分析可知當(dāng)電流互感器負(fù)荷箱的導(dǎo)納值為，R4的值縮小1000倍。讀數(shù)的單位是S。無功分量
無功分量就是測量負(fù)荷箱里面的電感值，可以以mH為單位。用上面的例子，Lx=4.6mH， Lx=R2 R3C=O. 05X20000C=4. 6mH得到C=4. 6uF。既然單位選擇為mH，那么就是將R3縮小1000 倍后與&相成后, 縮小100倍再乘以C的值就可以得到測量L的值。根據(jù)以上分析可知當(dāng)試品為電流互感器負(fù)荷箱時，讀數(shù)為C的值縮小10倍。讀數(shù)的單位是mH。根據(jù)以上實(shí)例分析得到本裝置的讀數(shù)方式為
電壓互感器負(fù)荷箱/電流互感器負(fù)荷箱的讀數(shù)方式如下表所示。R4和C的值為對應(yīng)旋鈕盤上的實(shí)際讀數(shù)，其中R4的單位為Ω，C的單位為uF。
權(quán)利要求
1. 一種高準(zhǔn)確度互感器負(fù)荷箱校準(zhǔn)裝置，是基于麥克斯韋原理的、用于測量阻抗的LC 交流電橋，所述的電橋由四個橋臂、檢流計(jì)和外加電源組成；被試品負(fù)荷箱是橋臂中的一支，為串聯(lián)感抗元件Lx和rx，還有二個電阻臂和一個阻容臂，其特征在于二個電阻臂&和 R3均是不同阻值的可單獨(dú)接入的三支電阻，電容臂由可調(diào)電容C和可調(diào)電阻&并聯(lián)組成， 可調(diào)電容C是4個可變電容盤，可調(diào)電阻&是4個電阻調(diào)節(jié)盤。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高準(zhǔn)確度互感器負(fù)荷箱校準(zhǔn)裝置，該裝置采用麥克斯韋電橋原理，調(diào)節(jié)電橋中電容橋臂的電阻電容值，即可方便的計(jì)算出被測負(fù)荷箱的阻抗值，其準(zhǔn)確度只與阻容元件及電路固有元件的準(zhǔn)確度有關(guān)，測試結(jié)果不受電源頻率或諧波等質(zhì)量影響，溯源性好，校準(zhǔn)方法科學(xué)，測量準(zhǔn)確度有較大的提升空間。
文檔編號G01R35/02GK102313878SQ201110116158
公開日2012年1月11日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者余春雨, 馮宇, 吳士普, 李璿, 毛安瀾, 汪本進(jìn), 王曉琪, 王歡, 王玲, 費(fèi)曄, 陳曉明, 項(xiàng)瓊 申請人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院