變頻電源校準(zhǔn)用便攜式負(fù)載

摘 要 變頻電源校準(zhǔn)電流、功率、功率因素等參數(shù)時，需要用到電源負(fù)載使變頻電源帶載輸出。實驗室中一般使用負(fù)載箱或負(fù)載柜，其體積和重量都較大難以攜帶到用戶現(xiàn)場使用。所以制作一個使用簡單、穩(wěn)定、體積小、重量輕的便攜式大功率交流阻抗電源負(fù)載到用戶現(xiàn)場校準(zhǔn)變頻電源能提高工作效率。本文研究便攜式電源負(fù)載的制作和其功率元器件的選擇。

關(guān)鍵詞 變頻電源；校準(zhǔn)；電源負(fù)載；便攜

中圖分類號 V242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)071-0114-01

變頻電源作為常用的試驗輔助設(shè)備，廣泛應(yīng)用在各個行業(yè)中?？蒲袑嶒炇?、電子電器產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的研發(fā)和生產(chǎn)都需要優(yōu)質(zhì)電源條件。因此近年越來越多用戶對變頻電源提出校準(zhǔn)測試的要求，對于變頻電源的校準(zhǔn)過程中，如對電流、功率、以及部分新型設(shè)備有功率因素示值等參數(shù)的校準(zhǔn)需要使用到各種阻抗電源負(fù)載。本文根據(jù)實際工作中經(jīng)驗對變頻電源校準(zhǔn)用便攜式電源負(fù)載制作和使用的一些研究。

1 電源負(fù)載作用和特點

電源負(fù)載主要作用是為了使變頻電源帶載輸出，而變頻電源的各個主要計量參數(shù)能顯示不同的示值與標(biāo)準(zhǔn)表顯示的實際值進(jìn)行校準(zhǔn)（圖1）。因此一個穩(wěn)定的電源負(fù)載直接影響讀數(shù)的穩(wěn)定度，也間接影響校準(zhǔn)的不確定度。值得注意的是，電源負(fù)載的調(diào)節(jié)范圍也需要根據(jù)變頻電源的帶載能力相適應(yīng)。而變頻電源是可以帶各種阻抗特性的負(fù)載，如常見的感性負(fù)載、阻性負(fù)載等。因此校準(zhǔn)時，應(yīng)該對各種負(fù)載的情況下進(jìn)行試驗。

圖1

2 便攜式試驗電源負(fù)載的設(shè)計和分析

根據(jù)校準(zhǔn)測試變頻電源的過程中發(fā)現(xiàn)近年使用變頻電源的用戶從過去的容量500 VA居多發(fā)展到現(xiàn)在使用容量（2～10）kVA較多（甚至更大容量）。這樣問題就出現(xiàn)了，容量500 VA的變頻電源體積相對較小、重量相對較輕，送實驗室校準(zhǔn)較容易，但容量大的變頻電源一般體積重量都比較大，送實驗室校準(zhǔn)并非易事。考慮到用戶現(xiàn)場校準(zhǔn)如果使用實驗室負(fù)載箱或負(fù)載柜體積重量同樣較大，不便于送實驗室校準(zhǔn)。也考慮到用戶提供電源負(fù)載（一般為被測試的產(chǎn)品）也存在一些問題，如示值不穩(wěn)定、校準(zhǔn)難以覆蓋全量程、耗時較大等問題。因此設(shè)計制作一個功率10 kW左右體積較小、重量較輕的便攜式交流阻抗負(fù)載使現(xiàn)場校準(zhǔn)工作更方便和工作效率更高。

設(shè)計過程中試驗過各種功率元器件進(jìn)行試驗，發(fā)現(xiàn)大功率剎車電阻帶載穩(wěn)定、高功率但體積小、熱效應(yīng)變化小非常適合做純阻性負(fù)載。剎車電阻是采用耐高溫材料作為電阻基體，高絕緣不燃性填充料灌封，與基體電阻絲及金屬外殼緊密結(jié)合，具有較高的穩(wěn)固性和熱傳導(dǎo)性，自帶散熱片的鋁體合金外殼，使該電阻的散熱性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)型的同體積同功率電阻，既明顯降低了電阻體的表面溫升，又大大提高了耐負(fù)荷能力和長期穩(wěn)定性。用10只1000 W50 Ω大功率剎車電阻并聯(lián)及開關(guān)選擇，可以從1 kW -10 kW

（即5 Ω～50 Ω）之間選擇合適的純阻性負(fù)載。因為純阻負(fù)載功率因素為：cosφ=1，所以最大額定功率可直接計算得：

而使用多個電感鎮(zhèn)流器與大功率剎車電阻串聯(lián)并加開關(guān)選擇，就能實現(xiàn)可調(diào)帶感性負(fù)載改變功率因素。例如使用電感量為0.5H的鎮(zhèn)流器與50Ω的功率電阻串聯(lián)時，在頻率為50Hz電路中的感抗為：

XL=2πfL=2×3.14×50×0.5=157Ω

根據(jù)阻抗串聯(lián)的模計算求出電路中的總阻抗：

所以感性負(fù)載電路中的功率因素為：

只要簡單的用開關(guān)調(diào)整減少電感量或者增加電阻量時，根據(jù)上述計算的關(guān)系，可以輕易的得到功率因素從cosφ=（0.3～0.8）可調(diào)的帶感性負(fù)載。實現(xiàn)使變頻電源感性負(fù)載的帶載輸出。

經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)使用有機(jī)薄膜型油浸電容非常適合調(diào)整容性負(fù)載的器件。該電容采用加厚的金屬化鋅鋁膜作為電極和介質(zhì)，金屬化鋅鋁膜經(jīng)過卷繞機(jī)卷繞后裝入鋁質(zhì)外殼中。再在外殼中裝入高純度的蓖麻油使其保持真空狀態(tài)，并且能夠耐高溫、使用壽命更長。例如使用50 μF 240 V油浸電容與50 Ω大功率電阻串聯(lián)，在頻率為50 Hz電路中同樣的方式計算容抗：

根據(jù)阻抗串聯(lián)的模計算求出電路中的總阻抗：

所以容性負(fù)載電路中的功率因素為：

同樣只需簡單的用開關(guān)調(diào)整減少電容量或者增加電阻量時，根據(jù)上述計算的關(guān)系，可以輕易的得到功率因素從cosφ=（0.6～0.8）可調(diào)的帶容性負(fù)載。實現(xiàn)使變頻電源容性負(fù)載的帶載

圖2

輸出。

綜合上述的分析，使用大功率剎車電阻、電感整流器、油浸電容簡單的串聯(lián)和并聯(lián)的連接，并加入開關(guān)選擇就能實現(xiàn)便攜式的交流阻抗電源負(fù)載（圖2）。值得注意的是感性和容性負(fù)載在不同的測試頻率和電壓下功率因素會有所變化，但是作為電源負(fù)載本來的作用是讓變頻電源在不同的阻抗特性負(fù)載情況下帶載輸出，標(biāo)準(zhǔn)功率表才是作為校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)器。負(fù)載本身不需要做得很精確，只要穩(wěn)定就已經(jīng)足夠。

3 結(jié)論

本文研究的變頻電源校準(zhǔn)專用便攜式電源負(fù)載在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)帶載情況下，變頻電源輸出非常穩(wěn)定，尤其在阻性負(fù)載的情況下，標(biāo)準(zhǔn)表功率示值能保持在0.5 W之間變化，減少了因讀數(shù)不穩(wěn)定引起測量誤差。有較高的攜帶性，整體重量約8 KG，體積能很容易地控制在500 MM*500 MM*100 MM之內(nèi)，就算進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)測試也比較輕便攜帶。在現(xiàn)場進(jìn)行校準(zhǔn)工作只需要按（圖1）跟變頻電源和標(biāo)準(zhǔn)功率表進(jìn)行簡單的連接，然后通過開關(guān)選擇所需要的阻抗，輕易地完成現(xiàn)場校準(zhǔn)工作，免去找負(fù)載、連接負(fù)載等繁瑣工作，節(jié)省工作時間和提高工作效率。

參考文獻(xiàn)

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