抗直流分量电流互感器误差测试仪及其测试方法技术

技术编号:18451458 阅读:186 留言:0更新日期:2018-07-14 13:12
本发明专利技术涉及电能计量技术领域,是一种抗直流分量电流互感器误差测试仪及其测试方法,前者包括壳体、抗直流分量电流互感器测试电路和数据处理单元,所述抗直流分量电流互感器测试电路和数据处理单元均设置在壳体内,抗直流分量电流互感器测试电路包括调压器、升流器、第一整流二极管、第二整流二极管、限流电阻、第一半波电流采样电阻、第二半波电流采样电阻等。本发明专利技术采用调压器以及升流器升流,使用二极管整流输出半波电流,采用标准电阻取样一次半波电流以及互感器二次电流,采用了简单可靠的放大电路和高分辨率的A/D采样转换模块,得出基波的比值误差以及相位误差。由于电路设计合理,计算准确,装置的准确度和稳定性都得到保障。

Error tester for DC resistance current transformer and its test method

The invention relates to the field of electric energy measurement, which is an anti DC component current transformer error tester and its testing method. The former includes a shell, an anti DC component current transformer test circuit and a data processing unit, and the test circuit and data processing unit of the anti DC component current transformer are all set in the shell, The test circuit of anti DC current transformer consists of voltage regulator, upcurrent, first rectifier diode, second rectifier diode, current limiting resistor, first half wave current sampling resistor, and second half wave current sampling resistor, etc. The invention uses voltage regulator and upcurrent upcurrent, uses diode to rectifying half wave current, sampling first and half wave current with standard resistance and two current of transformer, and adopts simple and reliable amplifying circuit and high resolution A/D sampling and converting module, and obtains the ratio error and phase error of fundamental wave. As the circuit design is reasonable and the calculation is accurate, the accuracy and stability of the device are guaranteed.

【技术实现步骤摘要】
抗直流分量电流互感器误差测试仪及其测试方法
本专利技术涉及电能计量
,是一种抗直流分量电流互感器误差测试仪及其测试方法,全称是基于半波整流下的抗直流分量电流互感器误差测试仪及其测试方法。
技术介绍
电能表是电能计量装置里的重要计量器具,国家将电能表作为强制性检定项目,需要根据JJG596-2012《电子式交流电能表检定规程》对其检定误差;但是检定项目并不能涵盖电能表的所有工作状态。在GB/T17215.321-2008《交流电测量设备,特殊要求,第21部分,静止式有功电能表(1级和2级)》中明确了半波整流对电能表误差的影响量的限值,提供了半波整流试验线路以及直流和各次谐波含量。通过试验确定直接接入式静止式有功电能表在通过半波整流电流时,误差明显加大为负误差,且没有参照GB/T17215.321-2008的要求下的电能表误差甚至会超过-50%以上,对电能计量造成非常大的损失。通过试验明确半波整流电流对电能表计量产生重大影响的关键部件是取样用电流互感器,符合规定要求的电能表中安装的电流互感器在半波整流电流下误差不大于±3%,角差不大于±500′。这种能够符合要求的电流互感器一般称之为抗直流分量电流互感器。目前国内市场上并没有一种成熟技术来测量抗直流分量电流互感器在半波电流下的误差,以至于电能表生产厂家只能安装之后通过标准提供的试验线路来确认是否合乎要求,检验效率低下。若是出现由于互感器质量的原因造成的电能计量损失很大。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于半波整流下的抗直流分量电流互感器误差测试仪及其测试方法,克服了上述现有技术之不足,其能有效解决现有的装置不能用来测量抗直流分量电流互感器的半波电流下的误差,只能在安装电能表完成之后通过标准提供的试验线路来确认是否合乎要求,存在检验效率低下的问题。本专利技术的技术方案之一是通过以下措施来实现的:该基于半波整流下的抗直流分量电流互感器误差测试仪包括壳体、抗直流分量电流互感器测试电路和数据处理单元,所述抗直流分量电流互感器测试电路和数据处理单元均设置在壳体内,抗直流分量电流互感器测试电路包括调压器、升流器、第一整流二极管、第二整流二极管、限流电阻、第一半波电流采样电阻、第二半波电流采样电阻,所述调压器的输入端外接交流电源,调压器的输出端分别与升流器第一接线柱和第二接线柱连接,升流器第三接线柱分别与并联的第一整流二极管的正极和第二整流二极管的负极连接,升流器第四接线柱与限流电阻连接,限流电阻与第一整流二极管负极之间连接有外置匹配电阻,第一半波电流采样电阻第一接线柱与第二整流二极管正极连接,数据处理单元包括A/D采样转换模块、数据处理模块和ARM模块,A/D采样转换模块与数据处理模块连接,ARM模块获取被检电流互感器的基本测试信息,ARM模块将输入的被检电流互感器基本测试信息发送至数据处理模块。下面是对上述专利技术技术方案的进一步优化或/和改进:上述壳体外侧面上还设置有外置溯源接口第一接线柱和外置溯源接口第二接线柱,第一半波电流采样电阻第二、三接线柱连接在外置溯源接口第一接线柱上,第二半波电流采样电阻的两个接线柱均连接在外置溯源接口第二接线柱上,外置溯源接口第一接线柱和外置溯源接口第二接线柱均与A/D采样转换模块连接。上述外置溯源接口第一接线柱与A/D采样转换模块之间连接有第一可控增益放大器,外置溯源接口第二接线柱与A/D采样转换模块之间连接有第二可控增益放大器。上述还包括通信模块和上位机,上位机与ARM模块通过通信模块连接。上述还包括键盘和显示器,键盘和显示器均与ARM模块连接。上述还包括数据存储器,数据存储器与ARM模块连接。上述还设置有散热面板,散热面板固定安装在与第一半波电流采样电阻和第二半波电流采样电阻位置相对应的壳体底部的金属底板上。本专利技术的技术方案之二是通过以下措施来实现的:一种上述基于半波整流下的抗直流分量电流互感器误差测试仪的测试方法,包括以下步骤:步骤1,设置抗直流分量电流互感器的一次电流、二次电流以及二次负载;步骤2,通过第一半波电流采样电阻R1采集电流互感器的一次半波电流,通过第二半波电流采样电阻R2测量二次电流,测量信号通过1至64倍的第一可控增益放大器和第二可控增益放大器放大后同步到A/D采样转换模块端口,使得测量信号在1.2V至2.5V之间,峰值电压小于4V,在A/D采样转换模块的线性区间内;步骤3,使用数据处理模块控制A/D采样转换模块对信号进行整周波512点采样,得到离散数字信号,即第一半波电流通过电流互感器的数学模型分析:第一半波电流是一个非正弦量,第一半波电流通过第一半波电流采样电阻产生半波电压,使用A/D采样转换模块测量得到离散电压值,通过傅里叶FFT计算得出直流分量、基波分量、以及各偶次谐波分量的电流值,全波电流有效值为第一半波电流有效值的倍,第一半波电流经电流傅里叶变换之后的时域表达式为:其中直流电流占比全波电流的45%,基波电流占比全波电流的50%,100Hz电流约占比基波电流的23%,还有其他偶次谐波电流也均有比例;半波电流的有效值等于它的各次谐波分量、基波分量和直流分量的有效值平方和的平方根值;其中直流分量和偶次谐波是不参与电能计量的,其原因分析如下:其中电压为正弦波:u(t)=Usin(ωt)有功功率:由于直流以及偶次谐波对功率计量为零,所以:因此电流互感器需要将基波电流即能够完整无误的变换至二次才能够计量准确;因为电流互感器不能够将直流分量反映至二次电流,所以二次电流的时域表达公式为:由此推导出基波电流的比差值与角差值:f50Hz=(K×I1'-I1)/I1×100.0(%)(6)式中K为电流互感器的一次电流与二次电流的电流比。本专利技术具有以下技术效果:1、本专利技术采用调压器以及升流器升流,使用二极管整流输出半波电流,采用标准电阻取样一次半波电流以及互感器二次电流,采用了简单可靠的放大电路和高分辨率的A/D采样转换模块,通过FFT快速傅里叶算法计算一次电流以及二次电流的各次谐波含量大小以及相位关系,进而得出基波的比值误差以及相位误差。由于电路设计合理,算法准确,装置的准确度和稳定性得到保障。通过采用14位A/D采样转换模块测量信号,A/D的分辨率为1/8192,因此校准抗直流分量电流互感器可以达到0.1%的准确度。抗直流分量电流互感器要求为3%,满足测试准确度的需求。2、本专利技术采用的调压器、升流器、限流电阻以及第一整流二极管D1和第二整流二极管D2实现输出半波电流,输出波形与实际工作电流相一致。输出容量大,电流范围覆盖宽,满足所有微型抗直流分量电流互感器的测试需求。3、本专利技术采用的阻抗匹配功能可以有效的减小上下正弦波半波不对称的情况,测试直流电流对升流器以及调压器的影响。4、本专利技术采用DSP数字信号处理器内部定时器发送时钟信号方法产生对正弦波信号整周波采样的原理,因而被测信号的频率可以是50Hz、60Hz或其他频率。第一可控增益放大器和第二可控增益放大器中采用0.02级的线绕精密电阻,电路全量限满足0.05级的放大准确度以及线性度。采用人机交互模块和数据处理模块可以实现更多的自动化功能。5、本专利技术不需要采用标准电流互感器和测差校验线路的方式,只需要输入被检抗直流分量电流互感器的基本参数即可,具有很好的适应性。测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗直流分量电流互感器误差测试仪,其特征在于包括壳体、抗直流分量电流互感器测试电路和数据处理单元,所述抗直流分量电流互感器测试电路和数据处理单元均设置在壳体内,抗直流分量电流互感器测试电路包括调压器、升流器、第一整流二极管、第二整流二极管、限流电阻、第一半波电流采样电阻、第二半波电流采样电阻,所述调压器的输入端外接交流电源,调压器的输出端分别与升流器第一接线柱和第二接线柱连接,升流器第三接线柱分别与并联的第一整流二极管的正极和第二整流二极管的负极连接,升流器第四接线柱与限流电阻连接,限流电阻与第一整流二极管负极之间连接有外置匹配电阻,第一半波电流采样电阻第一接线柱与第二整流二极管正极连接,数据处理单元包括A/D采样转换模块、数据处理模块和ARM模块,A/D采样转换模块与数据处理模块连接,ARM模块获取被检电流互感器的基本测试信息,ARM模块将输入的被检电流互感器基本测试信息发送至数据处理模块。

【技术特征摘要】
1.一种抗直流分量电流互感器误差测试仪,其特征在于包括壳体、抗直流分量电流互感器测试电路和数据处理单元,所述抗直流分量电流互感器测试电路和数据处理单元均设置在壳体内,抗直流分量电流互感器测试电路包括调压器、升流器、第一整流二极管、第二整流二极管、限流电阻、第一半波电流采样电阻、第二半波电流采样电阻,所述调压器的输入端外接交流电源,调压器的输出端分别与升流器第一接线柱和第二接线柱连接,升流器第三接线柱分别与并联的第一整流二极管的正极和第二整流二极管的负极连接,升流器第四接线柱与限流电阻连接,限流电阻与第一整流二极管负极之间连接有外置匹配电阻,第一半波电流采样电阻第一接线柱与第二整流二极管正极连接,数据处理单元包括A/D采样转换模块、数据处理模块和ARM模块,A/D采样转换模块与数据处理模块连接,ARM模块获取被检电流互感器的基本测试信息,ARM模块将输入的被检电流互感器基本测试信息发送至数据处理模块。2.根据权利要求1所述的抗直流分量电流互感器误差测试仪,其特征在于壳体外侧面上还设置有外置溯源接口第一接线柱和外置溯源接口第二接线柱,第一半波电流采样电阻第二、三接线柱连接在外置溯源接口第一接线柱上,第二半波电流采样电阻的两个接线柱均连接在外置溯源接口第二接线柱上,外置溯源接口第一接线柱和外置溯源接口第二接线柱均与A/D采样转换模块连接。3.根据权利要求2所述的抗直流分量电流互感器误差测试仪,其特征在于外置溯源接口第一接线柱与A/D采样转换模块之间连接有第一可控增益放大器,外置溯源接口第二接线柱与A/D采样转换模块之间连接有第二可控增益放大器。4.根据权利要求1或2或3所述的抗直流分量电流互感器误差测试仪,其特征在于还包括通信模块和上位机,上位机与ARM模块通过通信模块连接。5.根据权利要求1或2或3所述的抗直流分量电流互感器误差测试仪,其特征在于还包括键盘和显示器,键盘和显示器均与ARM模块连接。6.根据权利要求4所述的抗直流分量电流互感器误差测试仪,其特征在于还包括键盘和显示器,键盘和显示器均与ARM模块连接。7.根据权利要求1或2或3所述的抗直流分量电流互感器误差测试仪,其特征在于还包括数据存储器,数据存储器与ARM模块连接...

【专利技术属性】
技术研发人员:顾红波
申请(专利权)人:南京丹迪克电力仪表有限公司
类型:发明
国别省市:江苏,32

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