專利名稱：三相沖擊性負荷功率信號源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電力類測試裝置，主要用于電能計量裝置的性能測試及現(xiàn)場
負荷狀況分析。尤其涉及作為電能計量裝置的測試用的三相沖擊性負荷功率信號源裝置。
背景技術(shù)：
沖擊性負荷是以煉鋼電弧爐、軋鋼機、電氣化鐵路等為代表的，在運行過程中會出 現(xiàn)較大的功率沖擊并且波形變化頻繁、隨機的一類電力負荷。沖擊性負荷是電網(wǎng)中的耗電 大戶，較少的計量準確度變化即關(guān)系到巨大的經(jīng)濟效益，實現(xiàn)沖擊負荷條件下的準確電能 計量是電力供需雙方都亟待解決的問題。 對于沖擊性負荷電能計量，目前還沒有一個標準的算法、流程，這是由于沖擊性負
荷不同于穩(wěn)定的線性或者非線性負荷，它具有時變性和隨機性，由于目前還沒有一個相應(yīng)
完整的錄波裝置記錄它的運行工況以供實時分析之需，沖擊性負荷的電氣特性難以得到了
解和認知，沖擊性負荷條件下的電能計量方法也難以得到發(fā)展、改進以及標準化。 另外，現(xiàn)有的電能計量裝置在出廠之前需要通過性能測試，一般使用正弦穩(wěn)態(tài)的
功率信號源提供測試信號，測試結(jié)果只能反映電能表在正弦穩(wěn)態(tài)條件下的計量準確度，不
能體現(xiàn)沖擊性負荷條件下的準確度。為了驗證沖擊性負荷條件下的電能計量準確度，需要
提供能充分反映沖擊性負荷電氣特性的三相功率信號源。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種能對電能計量裝置在沖擊性負荷條件下的準確 性進行測試的三相沖擊性負荷功率信號源裝置。 本實用新型提供的這種三相沖擊性負荷功率信號源裝置，包括信號調(diào)理單元、多 通道AD轉(zhuǎn)換單元、測試主機單元、多通道DA轉(zhuǎn)換單元、功率放大單元，其中信號調(diào)理單元 包括信號傳感電路和信號放大電路，用于將現(xiàn)場的高電壓、大電流信號轉(zhuǎn)換成低電壓、小電 流信號并通過放大電路放大后傳輸給多通道AD轉(zhuǎn)換單元；多通道DA轉(zhuǎn)換單元的輸出通過 同軸屏蔽信號線與功率放大單元的輸入端口連接；測試主機通過一根USB線連接多通道AD 轉(zhuǎn)換單元及多通道DA轉(zhuǎn)換單元，控制二者的運行及停止；AD轉(zhuǎn)換單元所采集的數(shù)據(jù)通過該 USB線寫入測試主機的硬盤進行存儲；功率放大單元包括三相電壓功率放大器以及三相電 流功率放大器，將DA轉(zhuǎn)換單元輸入的電壓和電流放大成同形的電壓波形及電流波形，構(gòu)成 一個虛功率源。 使用本實用新型得到?jīng)_擊性負荷功率信號有兩種方法，一是到負荷現(xiàn)場計量點錄 取運行波形，存儲在測試主機的硬盤內(nèi)，在實驗室里通過DA及功率放大器還原現(xiàn)場信號， 這需要前述AD和DA轉(zhuǎn)換單元、功率放大單元以及測試主機單元的配合使用；另外一種方法 是在測試主機內(nèi)，使用Matlab、 Multisim、 EMTP等仿真軟件構(gòu)建沖擊性負荷的運行模型，通 過求解模型全部或部分還原沖擊性負荷的電氣特性，將仿真波形與DA單元接口 ，放大后還 原成相應(yīng)的功率信號，只需要前述測試主機、DA轉(zhuǎn)換單元及功率放大單元配合使用即可。二者均可以作為試驗信號源對電能計量裝置在沖擊性負荷條件下的準確性進行驗證。本實用 新型實現(xiàn)便捷、可編程、易擴展、能實時記錄、分析沖擊性負荷運行工況，并充分體現(xiàn)沖擊性 負荷電氣特性，為電能計量類表測試提供了適應(yīng)性的功率源。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為信號調(diào)理單元的電路圖。
具體實施方式參照圖l。本實用新型主要包括信號調(diào)理單元、多通道AD數(shù)據(jù)采集單元、多通道 DA數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、測試主機單元以及功率放大單元，信號調(diào)理單元的輸出通過同軸屏蔽信 號線與多通道AD轉(zhuǎn)換單元的輸入端口連接；多通道DA轉(zhuǎn)換單元的輸出通過同軸屏蔽信號 線與功率放大單元的輸入端口連接；測試主機通過一根USB線連接多通道AD轉(zhuǎn)換單元及多 通道DA轉(zhuǎn)換單元，控制二者的運行及停止；AD轉(zhuǎn)換單元所采集的數(shù)據(jù)通過該USB線寫入測 試主機的硬盤進行存儲。 信號調(diào)理單元包括信號傳感和信號放大兩部分，信號傳感部分主要為儀用電壓互 感器(PT)及儀用電流互感器(CT)，將現(xiàn)場的高電壓、大電流信號轉(zhuǎn)換成低電壓、小電流信 號；儀用CT的變比較小，得到的電流傳感信號過小，信號放大部分將儀用CT輸出的弱信號 通過一個高精度的儀用運放放大，可以改善電流傳感信號的信噪比。信號調(diào)理單元將調(diào)理 后的信號傳輸給多通道AD轉(zhuǎn)換單元；多通道AD及DA轉(zhuǎn)換單元的主體分別是一張8通道高 精度AD數(shù)據(jù)采集卡以及一張8通道高精度DA數(shù)模轉(zhuǎn)換卡，采樣及轉(zhuǎn)換精度均為16位。測 試主機通過USB 口控制采集卡或轉(zhuǎn)換卡的運行、停止，波形數(shù)據(jù)的讀取和輸出也通過USB 口 進行，通過編程可以設(shè)置采樣率或轉(zhuǎn)換率的大小，取決于實際工作的需要，采樣率、轉(zhuǎn)換率 的上限為100ksps;通過編程可以對數(shù)據(jù)的存儲或讀取空間方便的進行設(shè)置。功率放大單 元包括三相電壓功率放大器以及三相電流功率放大器，可以將輸入的士10V以內(nèi)的低電壓 信號按l : 20的比例分別放大為同形的三相電壓及三相電流波形。電壓波形的地線與電 流波形的地線彼此隔離，共同構(gòu)成一個虛功率源作為電能計量裝置的測試之用。 參照圖2。信號調(diào)理單元中的信號傳感主要為儀用電壓互感器(PT)及鉗形電流互 感器(CT)，他們與現(xiàn)場計量點的一次PT、CT的二次輸出連接，儀用PT變比為220V : 5V，在 PT的輸出端加上設(shè)計一個跟隨放大器A，可以有效提高信號的帶載能力；鉗形CT方便現(xiàn)場 接線，變比為10mV/A。鉗形CT輸出的電壓信號十分微弱，通過信號放大單元的放大可以提 高信噪比，信號放大單元主要為可編程高精度儀用運放PGA，放大倍數(shù)由電阻RO確定，可以 根據(jù)需要靈活設(shè)定。經(jīng)過信號調(diào)理單元后，沖擊負荷現(xiàn)場計量點的高電壓、大電流信號轉(zhuǎn)換 為適于AD轉(zhuǎn)換單元采樣的弱電壓信號。 多通道AD轉(zhuǎn)換單元采用6通道AD數(shù)據(jù)采集卡，各通道具有獨立的AD芯片，可控 制6個通道同時采樣，保證電壓、電流信號采樣的同步，采樣精度為16位；AD采集卡與測試 主機之間通過USB連接，通過主機編程可控制采集卡運行或停止，讀取波形數(shù)據(jù)。AD采樣流 程首先進行AD卡的初始化，包括設(shè)置采樣通道的數(shù)目，設(shè)置采樣率的大小，設(shè)置采樣數(shù)據(jù) 的存儲地址，然后進行采樣以及數(shù)據(jù)存儲，需要停止采樣的時候終止程序的運行。[0014] 多通道DA轉(zhuǎn)換單元采用6通道DA數(shù)模轉(zhuǎn)換卡，各通道具有獨立的DA芯片，可控制 6通道同步輸出模擬波形，保證電壓、電流信號采樣的同步轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換精度為16位；DA轉(zhuǎn)換 卡與測試主機之間通過USB連接，通過主機編程可控制轉(zhuǎn)換卡運行或停止，輸出模擬波形。 DA轉(zhuǎn)換流程首先進行DA卡的初始化，包括設(shè)置轉(zhuǎn)換通道的數(shù)目，設(shè)置轉(zhuǎn)換率的大小，設(shè)置 數(shù)據(jù)源的存儲地址，然后進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，需要停止轉(zhuǎn)換的時候終止程序的運行。將在沖擊性 負荷計量現(xiàn)場采集并存儲在主機硬盤中的數(shù)據(jù)與DA卡接口 ，可以還原現(xiàn)場運行波形；將通 過建模分析求取的仿真波形與DA卡接口，可輸出仿真波形，修改數(shù)據(jù)源地址即可實現(xiàn)。 DA轉(zhuǎn)換卡還原出來的6路低電壓信號，分別正比于現(xiàn)場的三相電壓、三相電流波 形，通過功率放大還原成與現(xiàn)場電壓、電流等級相同的功率信號作為測試之用。功率放大單 元包括三相電壓功率放大器及三相電流功率放大器，可以將輸入的±10V以內(nèi)的低電壓信 號按l : 20的比例放大為同形的三相電壓及三相電流波形，電壓功率放大器的地線與電流 功率放大器的地線彼此隔離，構(gòu)成虛功率源，分別與電能計量裝置的電壓、電流回路連接。 本實用新型功率源的兩個工作流程分別如下 —是現(xiàn)場信號采集與還原首先在負荷現(xiàn)場計量點，將現(xiàn)場三相電壓、電流信號通
過信號調(diào)理單元及AD轉(zhuǎn)換單元，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，存儲在測試主機的硬盤內(nèi)，然后在實驗
室里將這些數(shù)字信號通過DA及功率放大器還原現(xiàn)場信號，供儀表測試用； 另一種是仿真信號的放大，首先在測試主機內(nèi)通過理論分析，構(gòu)建沖擊性負荷的
運行模型，進而通過該模型形成三相電壓、電流的數(shù)字信號，然后將仿真得到的數(shù)字信號通
過DA單元及功率放大單元，呈現(xiàn)類似于現(xiàn)場運行的三相功率信號，供沖擊性負荷計量理論
驗證及儀表測試用。
權(quán)利要求一種三相沖擊性負荷功率信號源裝置，其特征在于該裝置包括信號調(diào)理單元、多通道AD轉(zhuǎn)換單元、測試主機單元、多通道DA轉(zhuǎn)換單元、功率放大單元，其中信號調(diào)理單元包括信號傳感電路和信號放大電路，用于將現(xiàn)場的高電壓、大電流信號轉(zhuǎn)換成低電壓、小電流信號并通過放大電路放大后傳輸給多通道AD轉(zhuǎn)換單元；多通道DA轉(zhuǎn)換單元的輸出通過同軸屏蔽信號線與功率放大單元的輸入端口連接；測試主機通過一根USB線連接多通道AD轉(zhuǎn)換單元及多通道DA轉(zhuǎn)換單元，控制二者的運行及停止；AD轉(zhuǎn)換單元所采集的數(shù)據(jù)通過該USB線寫入測試主機的硬盤進行存儲；功率放大單元包括三相電壓功率放大器以及三相電流功率放大器，將DA轉(zhuǎn)換單元輸入的電壓和電流放大成同形的電壓波形及電流波形，構(gòu)成一個虛功率源。
專利摘要本實用新型提供的這種三相沖擊性負荷功率信號源裝置，包括信號調(diào)理單元、多通道AD轉(zhuǎn)換單元、測試主機單元、多通道DA轉(zhuǎn)換單元、功率放大單元，其中信號調(diào)理單元包括信號傳感電路和信號放大電路，用于將現(xiàn)場的高電壓、大電流信號轉(zhuǎn)換成低電壓、小電流信號并通過放大電路放大后傳輸給多通道AD轉(zhuǎn)換單元；測試主機單元通過其USB口控制多通道AD轉(zhuǎn)換單元及多通道DA轉(zhuǎn)換單元的運行或停止，功率放大單元包括三相電壓功率放大器以及三相電流功率放大器，將DA轉(zhuǎn)換單元輸入的電壓和電流放大成同形的電壓波形及電流波形，構(gòu)成一個虛功率源。本實用新型實現(xiàn)便捷、可編程、易擴展、能實時記錄、分析沖擊性負荷運行工況，并充分體現(xiàn)沖擊性負荷電氣特性，為電能計量類表測試提供了適應(yīng)性的功率源。
文檔編號G01R35/04GK201548682SQ20092025971
公開日2010年8月11日 申請日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者吳先強, 楊曉科, 羅孝龍, 金維宇, 陳金玲 申請人:威勝集團有限公司