专利名称：全电子式电压/电流负载箱的实现方法
技术领域：
本发明属于一种负载箱，具体涉及电力计量中互感器误差测试用的电压或电流负载箱。
背景技术：
理论分析表明，电力测试用电压、电流互感器的误差跟其所接的负荷成正比，因此在进行误差测试时必须带相应负载进行测试(如图1(a)、(b)所示)。图2为目前国内最常用的电流、电压负载箱的内部结构原理图，电流负载在不同阻值和功率因数要求时通过波段开关进行切换，而电压负载则通过钮子开关进行切换。目前该类型负载箱在互感器误差测试中被大量采用。
随着技术的发展，市场上已出现了互感器误差全自动检定装置，因此图2所示的手动切换负载箱不能满足实际要求，于是出现了图3的实现方法，该类负载箱主要是在手动负载箱的基础上增加了一些继电器进行控制，从而可实现其负载通过计算机控制实现自动切换。
但是上述实施方案中存在许多不足之处，主要表现(一)由于互感器的误差与负载成正比，图2方式的所有开关存在一定的接触电阻，且其接触电阻可能随时间发生变化，从而影响误差测试的准确性，并且操作复杂。(2)采用继电器控制方式，由于继电器接触电阻的不固定性，容易造成测试结果偏差较大，同时，由于继电器的频繁动作而易损坏，从而影响整套装置工作的可靠性；(3)该类型负载箱的功率因数大多为0.8和1，而实际系统中许多场合需要的是低功率因数负载箱，为满足实际测试需要，用户需配置各种型号的负载箱；(4)用户真正关心的实际系统的计量误差，而现有负载箱的阻值档位有限，无法真正模拟实际负载，因此无法确定CT、PT在运行过程中的实际计量误差值。

发明内容
本发明的目的在于提出一种全电子式电压/电流负载箱的实现方法，以克服上述负载箱存在的缺陷。
本负载箱的实现理论是两个相差为90度的信号，其幅值大小的不同和超前、滞后关系的变化，可构成任意幅值和相位的信号；利用受控电压、电流源可实现阻抗的等效变换。基本原理如图4所示，其技术方案是负载箱的输出受控信号源的电流或电压是这样得到的来自于互感器的二次电信号经取样电阻R0取样后，通过功率放大后分为两路信号，一路为与互感器二次信号同相的信号，它直接作为D/A转换器1的参考电压，D/A转换器1的输出电压值V2由加在D/A转换器1上的控制数据D1决定；另一路经过正交处理后，得到与互感器二次信号相差90°的信号，该信号为D/A转换器2的参考电压，D/A转换器2的输出电压值V3由加在D/A转换器2上的控制数据D2决定；两路输出信号叠加后经功放输出负载箱的输出受控信号源的电流源或电压源；其中控制数据D1、D2是根据负载箱类型、负载值、功率因数值、测试线阻抗值由数据处理器计算得到。
采用本发明的方法所构成的电压电流负载箱主要有下列特点1、等值阻抗和功率因数可任意编程控制，因此可作为常规负载箱或低功率负载箱使用，同时可模拟实际系统负荷(通过其他手段测得)而得到被检电压、电流互感器在实际运行过程中造成的计量误差。
2、负载的调节采用全电子方式，避免了触点老化，接触电阻不稳定等问题。
3、易于和数字式互感器的误差测试装置的微处理接口，实现自动程控切换。
4、电流负载箱的测试线附易于和数字式互感器的误差测试装置的微处理接口，实现自动程控切换。加阻抗可直接设置，减小了对测试线的要求。


图1互感器误差测试带相应负载测试原理图2现有手动电流、电压负载箱结构3现有继电器控制电流、电压负载箱结构4本发明原理5本发明电流负载箱示意6本发明电压负载箱示意7本发明原理框图具体实施方式
一、电流负载箱如图5所示，在电流负载箱中，互感器二次电流被分为流过电阻R∑支路的电流 和受控电流源的电流 。取样电阻R0连接线性差分放大电路4，线性差分放大电路4输出连接并联电路，并联电路由D/A转换器12和正交处理电路3，D/A转换器24，两路电路输出连接加法器5，加法器5输出连接线性电流放大器6。
其原理为经取样电阻R0后通过差分放大电路4获取与电流 成正比的电压信号V1，该信号被分为两路，一路为与 同相的信号，直接作为D/A转换器12的参考电压，其输出值V2由D/A的控制数据D11决定。另一路经过正交处理电路3的处理，获取与 相差为90度、大小与V1相等的信号作为D/A转换器24的参考电压，其输出电压值V4由控制数据D22决定。两路D/A输出信号在加法器5进行叠加，形成电流功放6的控制信号V5，最后经功放6输出受控电流源的电流 可见，实现负载箱程控的关键是如何根据系数K1实现受控电流源 ，即D/A转换器控制数据D11，D22的选取是问题的关键。对电流负载箱而言，其R∑按最大阻值考虑，对阻值为Z，功率因数为η的负载，则有 即有K.I=KIr+jKIi=[RΣ(Z×η-ZL)Z2-2ZL×Z×η+ZL2-1]-jRΣZ1-η2Z2-2ZL×Z×η+ZL2]]>式中ZL为负载箱为外接线预留的电阻值，该值可根据测试线的具体电阻值进行设置。根据图5有关系式 即 式中D11、D22为D/A转换器12、24的数据，N为D/A的转换位数，A1，A2分别为取样电路4和功率放大电路6的放大倍数，可见在已知负载的阻抗值和功率因数的条件下，即可计算D/A12和24的数据，整个电路的等值阻抗只与数据D11、D22有关，同时D11，D22对某一固定阻抗值只需进行一次设置，因此可用串行D/A实现。考虑到流负载箱的短路和开路两种特殊状态，在实现过程中加入了两个控制继电器J1和J2。
二、电压负载箱如图6所示，取样电阻R0连接线性差分放大电路7，线性差分放大电路7输出连接并联电路，并联电路由D/A转换器18和正交处理电路9，D/A转换器210，两路电路输出连接加法器11，加法器11输出连接线性电压放大器8。
其原理为经电压分压器R，和取样电阻R0后通过差分放大电路7获得与电压互感器二次电压V成正比的电压信号V6，该信号被分为两路，一路直接作为D/A转换器18的参考电压，其输出值V7由D/A的控制数据D13决定。另一路经过正交处理电路9的处理，获取与V相差为90度、大小与V6相等的信号作为D/A转换器210的参考电压，其输出电压值V7由控制数据D24决定。两路D/A输出信号在加法器11进行叠加，形成电压功放8的控制信号V8，最后经功放8输出受控电压源的电压 可见，实现负载箱程控的关键是如何根据系数 实现受控电流源 即D/A转换器控制数据D13，D24的选取是问题的关键。
对电压负载箱，其受控电压源系数 根据实际导纳值y、功率因数η确定。 即K.u=Kur+jKui=[RΣ+RR0-RRΣyR0η]+jRRΣyR01-η]]>由图6有 即 同样，为了实现电压负载箱的空载(开路)状态，在回路中加入了一组继电器J3。
控制数据D11、D22、D13、D24是根据负载箱类型、负载值、功率因数值、测试线阻抗值由数据处理器计算得到。具体如图7所示，数据处理器包括单片机，与单片机连接的可编程逻辑器件及程序存储器，输入输出单元。图中13为80C196单片机，用于D/A的控制参数的计算的等值负载的自动控制和实现以及键盘、显示和通讯的控制；14为CPLD(可编程逻辑器件)，完成键盘/显示的接口逻辑、D/A的片选/数据及控制接口等逻辑功能的实现，2、4、8、10为图5、图6中的D/A转换器，17为电流负载箱控制接口，18为电压负载箱控制接口，19为串口，20为程序存贮器。
其工作原理为通过键盘和显示器的提示输入负载箱类型、负荷值、功率因数值和测试线阻抗值(对电流负载)，根据输入的负载需要值自动计算D/A的控制参数D11，D22或D13、D24，并送往相应的D/A器件，利用图5或图6的电路自动实现设定的等效负载，以满足实际试验的要求。串口的设置是为了与PC机配合，利用相应的控制软件直接进行负载设置，实现在CT/PT误差检测时的全自动负载箱功能。
权利要求
1.一种全电子式电压/电流负载箱的实现方法，其特征实现方法为负载箱的输出受控信号源的电流或电压是这样得到的来自于互感器的二次电信号经取样电阻R0取样后，通过功率放大后分为两路信号，一路为与互感器二次信号同相的信号，它直接作为D/A转换器1的参考电压，D/A转换器1的输出电压值V2由加在D/A转换器1上的控制数据D1决定；另一路经过正交处理后，得到与互感器二次信号相差90°的信号，该信号为D/A转换器2的参考电压，D/A转换器2的输出电压值V3由加在D/A转换器2上的控制数据D2决定；两路输出信号叠加后经功放输出负载箱的输出受控信号源的电流源或电压源；其中控制数据D1、D2是根据负载箱类型、负载值、功率因数值、测试线阻抗值由数据处理器计算得到。
2.如权利要求1所述全电子式电压/电流负载箱的实现方法，其特征是，它是全电子式电流负载箱的实现方法，互感器的二次电信号为电流信号，两路输出信号叠加后经功放输出负载箱的输出受控信号源为受控电流源，加在D/A转换器12上的控制数据D11及加在D/A转换器24上的控制数据D22的计算式分别如下 其中N为D/A的转换位数，A1，A2分别为取样功率放大和输出功率放大的放大倍数，R0为取样电阻，R∑为最大等效阻值，Z为设定阻值，η为功率因数，ZL为负载箱为外接线预留的电阻值。
3.如权利要求1所述全电子式电压/电流负载箱的实现方法，其特征是，它是全电子式电压负载箱的实现方法，互感器的二次电信号为电压信号，两路输出信号叠加后经功放输出负载箱的输出受控信号源为受控电压源，受控电压源串联电阻R，加在D/A转换器18上的控制数据D13及加在D/A转换器210上的控制数据D24的计算式分别如下 其中N为D/A的转换位数，A3，A4分别为取样功率放大和输出功率放大的放大倍数，R0为取样电阻，R∑为最大等效阻值，R为受控电压源串联电阻，y为实际导纳值，η为功率因数。
4.如权利要求1所述全电子式电压/电流负载箱的实现方法，其特征是功率放大为线性功率放大器。
5.如权利要求1所述全电子式电压/电流负载箱的实现方法，其特征是数据处理器包括单片机，与单片机连接的可编程逻辑器件及程序存储器，输入输出单元。
全文摘要
本发明公开了一种全电子式电压/电流负载箱的实现方法。负载箱的输出受控信号源的电流或电压是这样得到的来自于互感器的二次电信号经取样电阻R
文档编号G01R35/02GK1405575SQ02139199
公开日2003年3月26日 申请日期2002年10月24日 优先权日2002年10月24日
发明者卜正良, 宋树, 徐红兵, 黄传国 申请人:武汉国测科技股份有限公司