一种全量程电压负载箱校验仪控制系统的制作方法

1.本实用新型属于测试仪器仪表技术领域，具体涉及一种全量程电压负载箱校验仪控制系统。


背景技术：

2.电压负载箱是检验电压互感器时，专门提供的各种有效负载，是全自动互感器校验台及现场互感器误差测试的理想仪器。
3.目前，负载箱的校验检定使用校验仪，校验仪效率比较低，接线比较复杂。校验检定负载箱有两种方法：
4.1、一种是方法需要外接调压器升流器，隔离电压互感器等，而且由于互感器校验仪本身的精度不高，造成测量结果误差较大。
5.2、另一种是采用互感器校验仪整检台，此种方法测量精度高，测量范围也比较宽，但测试速度慢。
6.因此，对于电压负载箱校验技术需要不断精进提高，方便快速调节出合适的功率因数和功率。


技术实现要素：

7.针对现有的电压负载箱校验检定效率低、时间长等问题。本实用新型提供一种全量程电压负载箱校验仪控制系统，用于校验各类型电压互感器时作为被校互感器的二次负载，能够实时指示电压、功率因数，有功功率、无功功率等，方便用户在快速调节出合适的功率因数和功率；本系统集全量程负载箱和负载箱校验仪于一体，应用广泛；功率及功率因数都可调节，容量变化大，效率高，精度高。其具体技术方案如下：
8.一种全量程电压负载箱校验仪控制系统，控制系统包括输入单元、处理单元、显示单元和操作单元，所述输入单元、显示单元和操作单元分别连接处理单元；
9.所述处理单元包括单片机控制器1、仿真调试模块2、滤波模块4和信号处理模块9，所述仿真调试模块2、滤波模块4和信号处理模块9分别连接单片机控制器1，所述仿真调试模块2为调试过程提供便捷，所述滤波模块4使信号传输信号波形平滑稳定；
10.所述单片机控制器1包括atmega16单片机和时钟振荡器，所述atmega16单片机连接时钟振荡器；所述单片机控制器1用于处理数据和控制显示；
11.所述信号处理模块9包括cs5463，所述cs5463连接有晶振和电容；所述cs5463包括 2个可编程增益放大器、2个
△‑
∑调制器、配套的高速滤波器、功率计算引擎、偏置与增益校正、功率监测、串行接口和相应功能寄存器；
12.所述控制系统还包括通讯单元，所述通讯单元包括通讯模块6，所述通讯模块6连接单片机控制器1，所述通讯模块6用于给上位机传输数据；
13.所述通讯模块6包括芯片max232、芯片max487、电阻和电容；所述芯片max232连接有电容，所述芯片max487连接有电阻；所述芯片max232与芯片max487并联，所述芯片max232
与芯片max487能够同时输出。
14.上述技术方案中，所述输入单元包括电流及电压输入模块10，所述电流及电压输入模块 10连接单片机控制器1，所述电流及电压输入模块10用于将输入的电流和电压信号转换成易处理的电压信号，所述信号处理模块9用于将电流及电压输入模块10传输的数据进行处理计算。
15.上述技术方案中，所述显示单元包括lcd液晶显示模块7和指示模块8，所述lcd液晶显示模块7连接单片机控制器1，所述指示模块8连接单片机控制器1，lcd液晶显示模块7用于将单片机控制器1处理好的数据进行显示；所述指示模块8包括工作指示灯以及超限或错误报警蜂鸣器，用于指示和警报。
16.上述技术方案中，所述操作单元包括按键模块11，所述按键模块11连接单片机控制器1，所述按键模块11用于实现功能及单位切换操作。
17.上述技术方案中，所述控制系统还包括供电单元，所述供电单元包括电源模块3，所述电源模块3连接单片机控制器1，所述电源模块3为整个系统提供工作电压。
18.上述技术方案中，所述控制系统还包括防护单元，所述防护单元包括看门狗模块5，所述看门狗模块5连接单片机控制器1，所述看门狗模块5用于防止外界电磁场干扰造成的寄存器和内存数据混乱。
19.上述技术方案中，所述电源模块3包括变压器、二极管、电容和电源芯片ap1509；所述变压器连接有4个串联的二极管和3个并联的电容，4个串联的二极管构成整流电路，3个并联的电容起滤波作用，使输出直流更平滑；所述电源芯片ap1509连接有二极管和电容。
20.上述技术方案中，所述连接为电连接，所述电连接为有线连接或无线连接。
21.本系统的运行方式为：电流和电压值输入模块1将电流电压输入值通过精密互感器和电阻分压后，转换成易处理的电压信号进入信号处理模块6，信号处理模块6对信号进行分解计算，再由单片机编码计算输出给液晶显示屏进行显示。按键及前端模块设置信号传输给单片机控制器1，单片机控制器1对应处理显示。
22.本实用新型的一种全量程电压负载箱校验仪控制系统，与现有技术相比，有益效果为：
23.一、本实用新型控制系统用于全量程电压负载箱校验仪，校验各类型电压互感器时作为被校互感器的二次负载，具有功率测量仪表，即lcd液晶显示模块能够实时指示电压、功率因数，有功功率、无功功率等，方便用户在快速调节出合适的功率因数和功率。
24.二、构成信号处理模块的cs5463由2个可编程增益放大器、2个
△‑
∑调制器、配套的高速滤波器、功率计算引擎、偏置和增益校正、功率监测、串行接口及相应功能寄存器等组成。cs5463还能提供视在功率、无功功率等多种参数计算。此外，cs5463还有以下主要特点：(1)电能数据在1000：l动态范围内的线性度为
±
0.1％；(2)精确测量瞬时电压、电流、功率以及电压、电流有效值；(3)计算视在、有功和无功功率，基波有功、谐波功率和功率因数； (4)电能/脉冲转换功能；(5)低功耗。
25.三、通讯模块的芯片max232和芯片max487两种芯片同时输出，用户可根据需要选择对应传输方式。解决了客户想用487输出时还要加转换器的麻烦。
26.四、电源模块使用ap1509电源芯片，ap1509是单片集成电路，设计用于降压型dc/dc 变换器，并具有驱动2a负载，无需额外的晶体管，它能够节省电路板空间。外部关闭功能
可由逻辑电平控制，然后进入待机模式。内部补偿使具有良好线性和负载的反馈控制没有外部设计的调节。另外，电源模块中的二极管构成整流电路，成本低；电容在电路里起滤波作用，使输出直流更平滑。
27.五、atmega16单片机由具有体积小、功能强、价格低的优点，能够高效、快速地控制系统运行。
28.六、本实用新型系统，电流和电压值输入模块1将电流电压输入值通过精密互感器和电阻分压后，转换成易处理的电压信号进入信号处理模块6，信号处理模块6对信号进行分解计算，再由单片机编码计算输出给液晶显示屏进行显示，按键及前端模块设置信号传输给单片机控制器1，单片机控制器1对应处理显示。本实用新型控制系统集全量程负载箱和负载箱校验仪控制系统于一体，能够实现仪器即能够做全量程电压负载箱，也能够做负载箱校验仪使用，应用广泛；功率及功率因数都可调节，容量变化大，准确度高；具有使用稳定可靠、操作简单等特点。
附图说明
29.图1为本实用新型一种全量程电压负载箱校验仪控制系统的示意图，其中：1-单片机控制器，2-仿真调试模块，3-电源模块，4-滤波模块，5-看门狗模块，6-通讯模块，7-lcd液晶显示模块，8-指示模块，9-信号处理模块，10-电流及电压输入模块，11-按键模块。
30.图2为本实用新型一种全量程电压负载箱校验仪控制系统的单片机控制器的电路图。
31.图3为本实用新型一种全量程电压负载箱校验仪控制系统的仿真调试模块的电路图。
32.图4为本实用新型一种全量程电压负载箱校验仪控制系统的电源模块的电路图。
33.图5为本实用新型一种全量程电压负载箱校验仪控制系统的滤波模块的电路图。
34.图6为本实用新型一种全量程电压负载箱校验仪控制系统的看门狗模块电路图。
35.图7为本实用新型一种全量程电压负载箱校验仪控制系统的通讯模块的电路图。
36.图8为本实用新型一种全量程电压负载箱校验仪控制系统的lcd液晶显示模块的电路图。
37.图9为本实用新型一种全量程电压负载箱校验仪控制系统的指示模块的电路图。
38.图10为本实用新型一种全量程电压负载箱校验仪控制系统的信号处理模块的电路图。
39.图11为本实用新型一种全量程电压负载箱校验仪控制系统的电流及电压输入模块的电路图。
40.图12为本实用新型一种全量程电压负载箱校验仪控制系统的按键模块的电路图。
具体实施方式
41.下面结合具体实施案例和附图1-12对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于这些实施例。
42.实施例1
43.一种全量程电压负载箱校验仪控制系统，如图1-12所示，控制系统包括输入单元、
处理单元、显示单元和操作单元，输入单元、显示单元和操作单元分别连接处理单元；其中，处理单元包括单片机控制器1、仿真调试模块2、滤波模块4和信号处理模块9，仿真调试模块 2、滤波模块4和信号处理模块9分别连接单片机控制器1。其中，输入单元包括电流及电压输入模块10，电流及电压输入模块10连接单片机控制器1。其中，显示单元包括lcd液晶显示模块7和指示模块8，lcd液晶显示模块7连接单片机控制器1，指示模块8连接单片机控制器1。其中，操作单元包括按键模块11，按键模块11连接单片机控制器1。
44.控制系统还包括供电单元、防护单元和通讯单元，供电单元包括电源模块3，电源模块3 连接单片机控制器1；防护单元包括看门狗模块5，看门狗模块5连接单片机控制器1；通讯单元包括通讯模块6，通讯模块6连接单片机控制器1。
45.其中，单片机控制器1包括atmega16单片机和时钟振荡器，atmega16单片机连接时钟振荡器；单片机控制器1用于处理数据和控制显示。atmega16单片机由具有体积小、功能强、价格低的优点，能够有效地控制系统运行。
46.其中，信号处理模块9包括cs5463，cs5463连接有晶振和电容；cs5463包括2个可编程增益放大器、2个
△‑
∑调制器、配套的高速滤波器、功率计算引擎、偏置与增益校正、功率监测、串行接口和相应功能寄存器。cs5463还能提供视在功率、无功功率等多种参数计算。此外，cs5463还有以下主要特点：(1)电能数据在1000：l动态范围内的线性度为
±
0.1％；(2) 精确测量瞬时电压、电流、功率以及电压、电流有效值；(3)计算视在、有功和无功功率，基波有功、谐波功率和功率因数；(4)电能/脉冲转换功能；(5)低功耗。
47.其中，通讯模块6包括芯片max232、芯片max487、电阻和电容；芯片max232连接有电容，芯片max487连接有电阻；芯片max232与芯片max487并联，芯片max232与芯片max487能够同时输出。通讯模块的芯片max232和芯片max487两种芯片同时输出，用户可根据需要选择对应传输方式。解决了客户想用487输出时还要加转换器的麻烦。
48.其中，电源模块3包括变压器、二极管、电容和电源芯片ap1509；变压器连接有4个并联的二极管和3个并联的电容，4个并联的二极管构成整流电路，3个并联的电容起滤波作用，使输出直流更平滑；电源芯片ap1509连接有二极管和电容。电源模块使用ap1509电源芯片， ap1509是单片集成电路，设计用于降压型dc/dc变换器，并具有驱动2a负载，无需额外的晶体管，它能够节省电路板空间。外部关闭功能可由逻辑电平控制，然后进入待机模式。内部补偿使具有良好线性和负载的反馈控制没有外部设计的调节。另外，电源模块中的二极管构成整流电路，成本低；电容在电路里起滤波作用，使输出直流更平滑。
49.本实施例控制系统的单片机控制器1为核心，处理数据并控制显示；仿真调试模块2为调试过程提供便捷；电源模块3为整个电路提供工作电压；滤波模块4使信号传输信号波形平滑稳定；看门狗模块5防止外界电磁场干扰造成的寄存器和内存数据混乱；通讯模块6给上位机传输数据；lcd液晶显示模块7将单片机控制器1处理好的数据进行显示；指示模块 8包含工作指示灯以及超限或错误报警蜂鸣器，用于指示和警报；电流及电压输入模块10将输入的电流和电压信号转换成易处理的电压信号；信号处理模块9将电流及电压输入模块10 传输的数据进行处理计算；按键模块11实现功能及单位切换。
50.运行顺序为：电流和电压值输入模块1将电流电压输入值通过精密互感器和电阻分压后，转换成易处理的电压信号进入信号处理模块6，信号处理模块6对信号进行分解计算，再由单片机编码计算输出给液晶显示屏进行显示。按键及前端模块设置信号传输给单
片机控制器 1，单片机控制器1对应处理显示。
51.本实施例的一种全量程电压负载箱校验仪控制系统用于控制szfy-10智能式全量程电压负载箱校验仪。控制系统的额定电压：100v(100/√3v)；额定范围：20-120％；功率范围： cosφ＝1.0时，1va-111va；cosφ＝0.7时，1va-155va；功率因数范围：大于10va时，0.1-1.0；小于10va时，0.15-1.0；调节细度：0.01；工作频率：50hz；试验电压：2kv；测量部分采样功耗：0.01va；负载箱校验仪测量范围：80％-120％。
52.(1)本实施例系统控制仪器做全量程电压负载箱使用时，功率因数和功率均可调。lcd 液晶显示模块的控制面板右侧分别是有功功率4盘和无功功率4盘，第一盘10*10，第二盘1*10，第三盘0.1*10，第四盘0.01*10。
53.原理公式：
[0054][0055][0056][0057][0058]
式中s为视在功率，p为有功功率，q为无功功率。
[0059]
由于实际的纯电感是不存在的，感抗里一定会含有一定阻抗，因此我们只需要大致的调节，然后再利用小一盘微调，就很容易调节出精确的功率。例如：我们需要的功率因数为0.8，视在功率为10va。利用公式就可以算出p＝10*0.8＝8，q＝10*0.6＝6，所以我们先将无功1*10 盘调到6，看显示屏有功显示数值，然后调节有功盘，使显示屏有功数值显示为8。(例：显示屏有0.12，将有功盘调7.88即可)，此时lcd液晶显示模块的界面就会显示为伏安值： 10va，功率因数：0.8。
[0060]
(2)本实施例系统控制仪器做负载箱校验仪使用时，额定电压为100v时，能够直读负载箱值，如果测量其他额定电压时需将读数进行转换，关系式如下：
[0061][0062]
即：实际值＝表显示值
×
倍率
[0063]
式中：u为仪器额定电压100v,ux为被测负载箱的额定电压。
[0064]
例：视在功率为10va，额定电压为100v时，额定电流0.1a，功率因数为0.8，则可知有功0.8ms，无功0.6ms；转换单位后有功8.00va,无功6.00va，若测额定电压为100/3v，额定电流为0.3a，功率因数为0.8，则可知视在功率90va，有功7.2ms，无功5.4ms；转换单位后有功72.0va，无功54.0va。