专利名称：正弦无功功率校准系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电工仪器仪表行业无功功率电能校准系统领域，更具体地涉及电气自动化测量、计算机通讯等技术领域，提供了一种正弦无功功率校准系统。
背景技术：
伴随着电力工业的发展，对无功功率的评价、计量越来越重要。迄今为止国内尚未建立无功计量标准。由于量值不统一，给基层单位的电力生产、运行、管理、计量造成了不同程度的影响。正弦无功功率校准系统，采用电流比较仪式功率桥技术进行无功测量功能的研发，解决了高等级多功能标准表的无功功率、电能的准确测量。对于统一无功量值、依法有序管理，建立了基础技术平台。
实用新型内容为解决高等级无功标准表的准确溯源问题，本实用新型的目的在于提出一种基于电流比较仪功率桥的正弦无功功率校准系统，按照经典的无功功率定义，复现正弦无功功率基本量值，填补了国内无功量值标准及其传递工作的空白。为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案来实现一种正弦无功功率校准系统，其包括电压源、交直流热电比较仪、功率比较仪电桥、正交电流源、跨导放大器、电流互感器、检测放大器、分压器和被检表；所述电压源分别为交直流热电比较仪、分压器和被检表供电，该校准系统的工作电压由电压源经分压器分压后产生，该工作电压施加在正交电流源上产生同相电流Ir和正交电流Ic，同相电流Ir和正交电流Ic分别输入至功率比较仪电桥的Nr、Nc绕组端，所述由电压源供给被检表的电流经跨导放大器和电流互感器变换后连接到功率比较仪电桥的Nx端，与功率比较仪电桥的 Nr. Nc绕组端输入的同相电流Ir和正交电流Ic进行比较，比较所得的不平衡电流返回至检测放大器，所述检测放大器根据不平衡电流来调整输入到跨导放大器的电压，所述电流互感器的量程范围为0. 1-100A。其中，所述计算机对该校准系统的工作过程进行控制。对于DC100V电压的校准过程为直流电压源输出的DC100V电压经分压器分压为 10V，该IOV电压通过高准确度的数字多用表与固态电压标准进行比较，该固态电压标准溯源到直流电压工作基准上，计算得到该IOV电压的实际值，再乘以分压系数便得到DC100V 的实际值，以此来调整直流电压源的设置值，使其输出一个准确的DC100V电压。对于交流电压的校准过程为交流电压由高稳定度的标准电压源产生，通过电流比较仪式高压分压器分压成100V输入系统，将这个AC 100V电压与准确的DC 100V电压分别接入交直流转换标准器的两个输入通道，通过交直流热电比较仪将系统的工作电压溯源到直流电压上以保证测量的准确度。电流比较仪的自动平衡过程为100V交流电压输入系统，在正交电流源内部标准电阻和标准电容上产生IOmA同相电流Ik和正交电流Ic，Ik和Ic分别输入电流比较仪式功率桥的NK、Nc端，检测放大器根据测试点的相位和电流大小，计算产生与AC REF间存在一定相位，且大小合适的电压驱动跨导放大器，产生电流，这个电流值与输出到被检表的电流存在一定比例关系；精密电流互感器包括两级，其中第一级互感器将跨导放大器输出的电流比例变化后输出到被检表，另一级互感器将输出的电流变换到IA以内，连接到电流比较仪的Nx端，与Nio NC端输入的标准电流IK，Ic进行比较，检测绕组Nd检测到的不平衡电流返回检测放大器，检测放大器根据不平衡电流大小不断调整输入到跨导放大器的电压，从而不断改变被检表中的电流，循环往复，直到电流比较仪平衡，最终，在电流比较仪的自动平衡和反馈回路的作用下，实现被测电流自动跟踪电压。本实用新型技术方案的优点是1、电流比较仪技术的应用在本系统中通过电流比较仪式功率桥来实现被测电流跟踪交流电压；在正交电流源中，借助于电流比较仪原理的电容桥结构，大容量值工作电容器可以直接和低损耗、稳定性好的小容量标准空气电容进行比较，从而获得校准。通过电流比较仪可以实现对工作电容的动态补偿，使其性能指标大大改善，从而得到纯正、稳定的正交电流。2、宽量程设置正弦无功功率/电能校准系统的电压、电流量程设置，覆盖了目前国内使用的各种类型标准表的量程范围，其中，电压测量范围57V-480V;电流测量范围 0. 5A-100A ；功率因数0(L) 1. 0 O(C)；既保证了在基本量程上得到最高的准确度和稳定性，同时也兼顾到宽范围测量，可以满足实验室和现场测量的不同需求。3、溯源方式通过基本电学参量直流电压标准、标准电阻和标准电容在系统工作的实际电压下溯源，大大减小了中间环节传递带来的不确定度。使整个系统的准确度指标大大提高。
图1是本实用新型的正弦无功功率校准系统的结构示意图；图2是依据本实用新型的系统的正交电流回路示意图；图3是依据本实用新型的系统的原理结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的正弦无功功率校准系统做进一步详细的说明。如图1和图3所示，该正弦无功功率校准系统包括电压源、交直流热电比较仪、功率比较仪电桥、正交电流源、跨导放大器、电流互感器、检测放大器、分压器和被检表，电压源分别为交直流热电比较仪、分压器和被检表供电，该校准系统的工作电压由高准确度电压源经分压器分压后产生，通过交直流热电比较仪和直流电压源来跟踪并补偿工作电压的漂移变化，确保准确性；该工作电压施加在正交电流源上产生同相电流Ir和正交电流Ic， 同相电流Ir和正交电流Ic分别输入至功率比较仪电桥的Nr、Nc绕组端，Nr. Nc绕组端的匝数是根据测试点的相位计算得到的；由电压源供给被检表的电流经跨导放大器和电流互感器变换后连接到功率比较仪电桥的Nx端，与功率比较仪电桥的Nr、Nc绕组端输入的同相电流Ir和正交电流Ic进行比较，比较所得的不平衡电流返回至检测放大器，检测放大器根据不平衡电流来调整输入到跨导放大器的电压，反复循环，直到功率比较仪电桥平衡。所述电流互感器的量程范围为0. 1-100A。一个已知交流电压U加在电阻R上时，所产生的功耗即为U2/R，而交流电压的有效值是通过具有相同热电效应的直流量确定，借助热电变换将直流标准量值传递给交流，这样就可以从直流电压标准、电阻标准导出功率单位，再把标准功率做时间上的延伸便可得到电能。这种从学基本单位导出电能的方法，是以电阻上的功耗为依据的，由于大功率精密电阻不易设计制造，因此通过电流比较仪来扩展工作电流。该测量系统是以直流电压标准、交直流热电比较仪、交流标准电阻和标准电容为基础建立起来的，采用了在系统工作的实际负荷下直接由直流电压校准交流电压的工作方式，通过成熟而稳定的基本电学参数溯源，从而确保了有功量值的高准确度和高可靠性。功率电桥用于无功功率测量时需要稳定、准确的正交参考电流。本系统在实现无功功率/电能校准过程中，正交电流由接入电压回路的电容来提供，这个正交电流经电流比较仪进行比例变换后再注入被检表的电流回路。通过电流比较仪原理的电容桥提供比例变换，将流经工作电容的电流变换为小电流，借助低损耗、稳定性极好的小容量标准空气电容和反馈回路的作用以及电流比较仪的自动平衡，获得纯正、稳定的额定正交电流。装置的交流电压由高稳定度的标准电压源产生，通过高压分压器将电压变为100V 输入系统，在正交电流源内部标准电阻和标准电容上产生IOmA同相电流L和正交电流Ic， Ir和Ic分别输入电流比较仪式功率桥的Nr、Nc端(Nr，Nc的匝数是根据测试点的相位计算出的)。流经被检表的电流经跨导放大器、电流互感器变换后连接到电流比较仪的Nx端， 与Nr、Nc端输入的标准电流I,，Ic进行比较，检测绕组检测到的不平衡电流返回检测/放大器，检测/放大器根据不平衡电流不断调整输入到跨导放大器的电压，反复循环，直到电流比较仪平衡。在电流比较仪达到平衡时，如下关系成立IA+IcNc = IxNx图2是正交电流回路图。根据全电流定律，由该比较仪输出的正交电流可以表示为-.I = ±j、UcoCs因此，通过这种电流比较仪原理的电容桥结构，可以实现对工作电容的校准和动态补偿，输出纯正、稳定的正交电流。该正交电流源为功率比较仪桥提供标准的正交电流， 保证了无功功率计量的准确性。此处已经根据特定的示例性实施例对本实用新型进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本实用新型的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本实用新型的范围的限制，本实用新型的范围由所附的权利要求定义。
权利要求1.一种正弦无功功率校准系统，其特征在于，该校准系统包括电压源、交直流热电比较仪、功率比较仪电桥、正交电流源、跨导放大器、电流互感器、检测放大器、分压器和被检表；所述电压源分别为交直流热电比较仪、分压器和被检表供电，该校准系统的工作电压由电压源经分压器分压后产生，该工作电压施加在正交电流源上产生同相电流Ir和正交电流Ic，同相电流Ir和正交电流Ic分别输入至功率比较仪电桥的Nr、Nc绕组端，所述由电压源供给被检表的电流经跨导放大器和电流互感器变换后连接到功率比较仪电桥的Nx端， 与功率比较仪电桥的Nr、Nc绕组端输入的同相电流Ir和正交电流Ic进行比较，比较所得的不平衡电流返回至检测放大器，所述检测放大器根据不平衡电流来调整输入到跨导放大器的电压，反复循环至功率比较仪电桥平衡。所述电流互感器的量程范围为0. 1-100A。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于该校准系统与计算机相连，所述计算机对该校准系统的工作过程进行控制。
专利摘要本实用新型属于电工仪器仪表行业无功功率电能校准系统领域，更具体地涉及电气自动化测量、计算机通讯等技术领域，提供了一种正弦无功功率校准系统，包括电压源、交直流热电比较仪、功率比较仪电桥、正交电流源、跨导放大器、电流互感器、检测放大器、分压器和被检表。该系统按照经典的无功功率定义，复现正弦无功功率基本量值，填补了国内无功量值标准及其传递工作的空白。
文档编号G01R35/04GK202083790SQ20112000915
公开日2011年12月21日 申请日期2011年1月13日 优先权日2011年1月13日
发明者关阳, 杨林, 林繁涛, 王丽莎, 王猛, 白静芬, 薛金会, 赵莎 申请人:中国电力科学研究院