數(shù)字式雙鉗相位伏安表校準(zhǔn)裝置的研制

葉躍華，王曉東，周云英

（廣東省計(jì)量科學(xué)研究院，廣州 510405）

1 數(shù)字式雙鉗相位伏安表概述

數(shù)字式雙鉗相位伏安表是專門為現(xiàn)場(chǎng)工作測(cè)量電壓、電流及相位而設(shè)計(jì)的一種高精度、廉價(jià)便攜、可輸入雙通道的測(cè)量?jī)x器。數(shù)字式雙鉗相位伏安表廣泛應(yīng)用于各電力電子行業(yè)，使用該表可方便地在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)上嚯妷篣-U、兩相電流I-I及各相電壓電流U-I之間的相位，判定感性電路、容性電路及三相電壓的相序，測(cè)試二次回路與母差保護(hù)系統(tǒng)，檢測(cè)出變壓器的繞組接線組別，讀取差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)中各組CT間的相位關(guān)系，檢查電度表的接線是否正確等。同時(shí)采用鉗形電流互感器的轉(zhuǎn)換方式輸入測(cè)量電流，無需斷開被測(cè)線路的工作狀態(tài)。在測(cè)量U1-U2之間相位時(shí)，兩輸入回路可完全絕緣隔離，因而避免了可能出現(xiàn)的誤接線造成的被測(cè)量線路短路燒毀儀表的風(fēng)險(xiǎn)。

2 數(shù)字式雙鉗相位伏安表校準(zhǔn)的必要性

市面上尚未有專門針對(duì)可同時(shí)調(diào)節(jié)兩相電壓電流的相位的校準(zhǔn)裝置，以往進(jìn)行數(shù)字式雙鉗相位伏安表的校準(zhǔn)工作時(shí)，需使用三相標(biāo)準(zhǔn)源進(jìn)行操作，只需用到A相和B相的電壓和電流，C相并沒有使用到。因此，電壓U3通道需開路，電流I3通道需短路。操作人員在需謹(jǐn)慎檢查接線情況，否則可能會(huì)造成標(biāo)準(zhǔn)器的報(bào)警，甚至損壞。分析和設(shè)計(jì)數(shù)字式雙鉗相位伏安表校準(zhǔn)裝置，可以有效的針對(duì)通道1和通道2進(jìn)行操作，避免出現(xiàn)誤操作的情況，同時(shí)降低了儀器的生產(chǎn)成本，減少了校準(zhǔn)儀器的體積和重量，具有便于攜帶等特點(diǎn)。

3 數(shù)字式雙鉗相位伏安表校準(zhǔn)裝置的研發(fā)原理

校準(zhǔn)裝置采用的方法：使用微處理器技術(shù)，控制FPGA（可編程門陣列），獨(dú)立調(diào)節(jié)電壓、電流回路，進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，通過與基準(zhǔn)源比較放大輸出電壓、電流信號(hào)。同時(shí)，在LED顯示屏上顯示出輸出信號(hào)的量值。試驗(yàn)方法：校準(zhǔn)裝置主要分為微處理器、硬件電路、LED顯示器三個(gè)部分。硬件電路為整個(gè)項(xiàng)目的核心部分，可編程獨(dú)立調(diào)節(jié)電壓、電流、相位回路，輸出所需要的信號(hào)；微處理器用以控制參數(shù)選擇，及設(shè)置輸出參數(shù)的量值；LED顯示器能更直觀地顯示校準(zhǔn)參量的信息。

3.1 技術(shù)方案

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)制定目標(biāo)，選擇確定各部分的技術(shù)方案，確立采用如圖1技術(shù)路線。整個(gè)研究過程按照該路線有序進(jìn)行，研究過程中出現(xiàn)的所有方案都是為了完成最終的研究目標(biāo)。研制中方案包括底層硬件方案、信號(hào)發(fā)生器軟件方案、功放及穩(wěn)定性反饋方案、機(jī)箱外觀的方案等。

3.2 CPU原理圖

CPU控制中心是整個(gè)設(shè)備研制的難點(diǎn)和重點(diǎn)所在，它是整個(gè)設(shè)備的控制中心，管理輸入、輸出通信、人機(jī)對(duì)話觸摸顯示屏、波形數(shù)據(jù)計(jì)算、波形疊加控制、D/A電路等。原理如圖2：

圖1

圖2

3.3 可編程FPGA電路原理

FPGA電路采用了內(nèi)部可配置邏輯模塊CLB、邏輯陣列單元LCA、輸入輸出模塊IOB與內(nèi)部連線三個(gè)部分。它作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既可解決定制電路的不足，又能克服原可編程器件有限門電路數(shù)的缺點(diǎn)，可允許無限次的編程。

圖3

3.4 輸出校準(zhǔn)和分析

數(shù)字式雙鉗相位伏安表校準(zhǔn)裝置電壓、電流、相位輸出需要在輸出反饋后進(jìn)行校準(zhǔn)修正。設(shè)備電壓、電流、相位的校準(zhǔn)方法設(shè)定如下：

（1）電壓校準(zhǔn)

電壓校準(zhǔn)檔位220V，電壓校準(zhǔn)分為滿度和設(shè)置零點(diǎn)。

（2）電流校準(zhǔn)

電流校準(zhǔn)分為10mA、100mA、1A滿度和設(shè)置零點(diǎn)。

（3）相位校準(zhǔn)

相位校準(zhǔn)分為0°、30°、60°、300°、330°的各個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)。

4 結(jié)束語

綜上所述，數(shù)字式雙鉗相位伏安表校準(zhǔn)裝置的研制，能提高雙鉗相位伏安表的校準(zhǔn)工作效率，實(shí)現(xiàn)兩相電壓、電流、相位的技術(shù)改革，具有便攜實(shí)用、高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在著許多不足之處。希望各同行批評(píng)指正，以改進(jìn)技術(shù)方法。

[1] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，JJF1075-2001鉗形電流表校準(zhǔn)規(guī)范 2001.