专利名称：一种高精度交流大电流输出装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电流输出装置，具体涉及一种高精度交流大电流的输出装置。
背景技术：
当今社会对电能质量的要求越来越高，各种电力监测设备，如电能质量分析仪、无功补偿装置、谐波监测设备等的研究已经十分广泛，但不管是那种电网监测设备，它都是通过传统的互感器从电网上取样下来进行分析的。电网电流大小在实际负荷影响下不断变化，精度较低，而且普通电网电流大小往往不大于50A，精度在输出电流的千分之一以上。相对于普通电网，高压电网的主干线又存在危险性大的缺点，不便于研究。这样，要验证传统互感器在传递谐波时的性能，必须要借助高精度，高保真，高稳定度的电流输出装置。验证互感器在传递含有谐波的电网电流时的性能，首先我们要模拟电网中的电流。电网中的电流是变化的，主干线路上的电流在用电高峰期时，电流很大，在其他时间可能比较小。用于传递电网电流的互感器的跨度一般都较大，要求其能覆盖电网中所有电流值。所以对上述电流输出装置还要求其输出的电流能任意可调，电流输出范围要达到O到250A甚至以上，这样才能在实验室对互感器的性能作全面的验证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高精度交流大电流输出装置，此装置可以为实验验证传统互感器在传递谐波时的性能提供可靠的信号源，也可为电子式互感器的频率影响量实验、及其他需要高精度交流大电流的领域提供输出装置。本发明的技术问题通过如下技术方案解决，一种高精度交流大电流输出装置，其特征在于，所述输出装置包括
智能高精度交流信号源，输出零到十伏、电气指标任意可调的高精度交流信号；
两路信号转换输出电路，分别输入所述高精度交流信号并在完成处理后以并联方式输出，以便使所述输出装置的输出电流的大小翻倍；
所述信号转换输出电路包括两输入端分别通过限流电阻Rl和R2以差分方式输入所述高精度交流信号的高保真运算放大器U1B，负向输入端与所述高保真运算放大器UlB输出端通过电阻R3相连、正向输入端通过电阻R6接地的高保真功放管U3A，以及一次绕组一端连接所述高保真功放管U3A输出端、另一端接地的大功率变压器，所述高保真功放管U3A通过大功率A C-DC电源供电，其输出端和输入端之间设有隔直电路，所述大功率变压器的输出端和所述高保真功放管U3A的输入端之间设有反馈电路，所述大功率变压器的输出端引出作为本路信号转换输出电路的输出端。所述智能高精度交流信号源输出的高精度交流信号的电气指标是指信号的频率、相位、幅值、谐波含有率等。所述反馈电路由依次串联的高精度电流互感器CT和I/V变换模块组成，所述高精度电流互感器CT的一次绕组的两端串联在所述大功率变压器二次绕组的一端与所述输出装置的输出端之间，所述Ι/ν变换模块的输出端与所述大功率功放模块输入端相连。所述I/V变换模块主要由运算放大器U2B构成，运算放大器U2B的同向端接地，反向端接反馈电阻R5，其同向端和反向端还分别与高精度电流互感器的二次绕组的两端相接，运算放大器U2B的输出端通过电阻R4输出到高保真功放管的负向输入端。所述隔直电路主要由前级运放U4B、后级运放U4A及电容C12组成，前级运放U4B的同向端接地，反向端通过电阻R7与高保真功放管的的输出端连接，前级运放U4B的输出端与其方向端之间接有反馈电阻R8，其输出端还通过电阻R9与后级运放U4A的同向端相连，后级运放U4A的反向端与其输出端短接并进一步与电容C12的一侧和高保真功放管U3A的正向输入端连接，电容C12的另一侧与后级运放U4A的同向端相连。普通的反馈电路是直接从功放输出端建立反馈回路的，只能保证功放输出端的稳定度，不能维持变压器输出端的稳定度达到要求；另外，普通反馈电路功放正向输入端未建 立隔直电路，变压器相对直流来说是直接短路的，若功放有直流分量，极易导致变压器发热相对现有技术，本发明具有如下有益效果
本发明采用两路信号转换输出电路并联输出的方式大大增大了所述输出装置的输出电流，对应于智能高精度交流信号源输出的高精度交流信号的变化，本发明的所述输出装置能输出(Γ300Α甚至更大的电流；本发明设置反馈电路和隔直电路，充分利用了反馈手段，使本输出装置的稳定度能达到O. 01 ;本发明设置功放管向负载提供足够信号功率，并在其输出端耦合大功率变压器，充分实现阻抗变换，以便能驱动更大负载，本发明的最大带载可达到500W;本发明的输出装置由高精度、高保真的部件组成，且两路信号转换输出电路构成完全相同且输入同一信号，使经信号转换输出电路处理后输出的两路电流信号具有相同的频率、相位、幅值、波形失真度等，使两路输出信号可以完全叠加且不影响整体性能，在装置输入端赋予输入信号的任何属性，都能在输出端完整体现，可以作为实验验证传统互感器在传递谐波时的性能的可靠信号源，也能为电子式互感器的频率影响量实验、及其他需要高精度交流大电流的领域提供技术支持。
图I为本发明的大高精度交流大电流输出装置的原理框 图2为本发明的大高精度交流大电流输出装置的电路原理图(智能高精度交流信号源未画出)。
具体实施例方式如图1、2所示，本发明的高精度交流大电流输出装置包括智能高精度交流信号源(是现有成熟技术)、大功率A C-DC电源和两路信号转换输出电路，两路信号转换输出电路的输出端并联以便使本发明的输出装置的输出电流的大小翻倍。每路信号转换输出电路主要由高保真运算放大器U1B、大功率功放管U3A、大功率变压器、隔直电路和反馈电路组成。其中，隔直电路设于大功率功放管U3A输出端与输入端之间，反馈电路设于大功率变压器输出端与大功率功放管U3A输入端之间，由依次串联的高精度电流互感器CT和I/V变换模块组成，大功率A C-DC电源与所述高保真功放管U3A相连，为其提供驱动负载所需的能量。由于本发明的输出装置是大电流输出，根据公式P=I*I*R可知，在输出IOOA的情况下O. 01欧姆的接触电阻就要造成100W的负载额，本发明的输出装置设计的输出电流为300A，带载能力为500A，故大功率AC-DC电源至少要能提供IOOOff的功率。图2为本发明的电路原理图，由于两路信号转换输出电路的结构和输入、输出都相同，下面只就其中一路作具体说明。如图2所示，智能高精度交流信号源(图中未画出)输出零到十伏、电气指标任意可调的高精度交流信号，所述高精度交流信号以差分方式输入到高保真运算放大器U1B。差分方式可以有效降低共模噪声，提高系统的精确度，同时还能限制其输出信号的幅值，对串于其输出端的高保真功放管U3A起到功放输入保护的作用。高精度交流信号的信号+通过限流电阻Rl输入到高保真运算放大器UlB的同向端，信号-通过限流电阻R2输入到高保真运算放大器UlB的反向端。高保真运算放大器UlB的输出端通过电阻R3与高保真功放管U3A的负向输入端相连，高保真功放管U3A的正向输入端通过电阻R6接地，其输出端与大功率变压器一次绕组的一端相连，大功率变压器一次绕组的另一端接地，大功率变压器二次绕组的两输出端引出作为本路信号转换输出电路的输出端。本发明在高保真功放管U3A的输出端耦合大功率变压器，不断能增大本发明的负载承载能力，而且由于变压器的隔离，可以有效防止外接负载出现异常时，对本发明的输出装·置造成损坏。反馈电路中的高精度电流互感器CT的一次绕组的两端串联在大功率变压器二次绕组的一端与本发明的输出装置的输出端之间，二次绕组的两端输出到Ι/v变换模块，高精度电流互感器CT在变压器输出端将大电流感应成毫安级的电流信号，并将该电流信号经Ι/v转换模块转变成电压信号后，接到功放高保真功放管U3A输入端。I/V变换模块主要由运算放大器U2B构成，运算放大器U2B的同向端接地，反向端接反馈电阻R5，其同向端和反向端还分别与高精度电流互感器CT的二次绕组的两端相接，运算放大器U2B的输出端通过电阻R4输出到高保真功放管U3A的负向输入端。通过反馈电路，可以使本发明的输出装置在外部负载发生变化的情况下，依然保持恒流输出，保证大功率功放管输出的稳定性和精度。设于高保真功放管U3A的输出端与输入端之间的隔直电路主要由前级运放U4B、后级运放U4A及电容C12组成，前级运放U4B的同向端接地，反向端通过电阻R7与高保真功放管U3A的的输出端连接，前级运放U4B的输出端与其方向端之间接有反馈电阻R8，其输出端还通过电阻R9与后级运放U4A的同向端相连，后级运放U4A的反向端与其输出端短接并进一步与电容C12的一侧和高保真功放管U3A的正向输入端连接，电容C12的另一侧与后级运放U4A的同向端相连。隔直电路对变压器具有输入保护的作用，高保真功放管U3A不能输出直流分量，如输出直流，将会导致接于其输出端的大功率变压器烧坏。智能高精度交流信号源输出的高精度交流信号分别经两路信号转换输出电路处理后，分别输出两路交流电流，即Loutl+和Loutl-及Lout2+和Lout2_,每路可达150A,将Ioutl+和Iout2+并联组成本发明的输出装置的一输出端Lout+，Ioutl-和Iout2_并联组成本发明的输出装置的另一输出端Lout-,此时输出的交流电流可达300A。由于本发明的两路信号转换输出电路使用的是同一输入信号，且输入信号所经历的通道环境相同，所以两路转换输出电路输出的两路交流信号拥有相同的频率、相位、幅值、波形失真度等指标，两路交流电流能完全叠加而不影响整体性能，即在输入端赋予输入信号任何属性，都能在输出端体现出来。本发明的高精度大电流输出装置采取的是电流并联输出的原理，使对每路信号转换输出电路中的各元器件如互感器、功放、变压器的要求降低了一半，不仅能降低技术难度、节省搭建成本，而且利于使系统具有更高的输出精度、稳定度，更低的失真度。通过对智能高精度交流信号源的输出进行控制，改变其输出的交流信号的幅值大 小，即可控制装置输出端的交流大电流的大小，为保证输出的精确度，要求本输出装置输出回路所采用的元器件都为低温漂，高精度的元器件。
权利要求
1.一种高精度交流大电流输出装置，其特征在于，所述输出装置包括 智能高精度交流信号源，输出零到十伏、电气指标任意可调的高精度交流信号； 两路信号转换输出电路，分别输入所述高精度交流信号并在完成处理后以并联方式输出，以便使所述输出装置的输出电流的大小翻倍； 所述信号转换输出电路包括两输入端分别通过限流电阻Rl和R2以差分方式输入所述高精度交流信号的高保真运算放大器U1B，负向输入端与所述高保真运算放大器UlB输出端通过电阻R3相连、正向输入端通过电阻R6接地的高保真功放管U3A，以及一次绕组一端连接所述高保真功放管U3A输出端、另一端接地的大功率变压器，所述高保真功放管U3A通过大功率A C-DC电源供电，其输出端和输入端之间设有隔直电路，所述大功率变压器的输出端和所述高保真功放管U3A的输入端之间设有反馈电路，所述大功率变压器的输出端引出作为本路信号转换输出电路的输出端。
2.根据权利要求I所述的高精度交流大电流输出装置，其特征在于，所述智能高精度交流信号源输出的高精度交流信号的电气指标是指信号的频率、相位、幅值、谐波含有率。
3.根据权利要求I所述的高精度交流大电流输出装置，其特征在于，所述反馈电路由依次串联的高精度电流互感器CT和I/V变换模块组成，所述高精度电流互感器CT的一次绕组的两端串联在所述大功率变压器二次绕组的一端与所述输出装置的输出端之间，所述Ι/v变换模块的输出端与所述大功率功放模块输入端相连。
4.根据权利要求3所述的高精度交流大电流输出装置，其特征在于，所述I/V变换模块主要由运算放大器U2B构成，运算放大器U2B的同向端接地，反向端接反馈电阻R5，其同向端和反向端还分别与高精度电流互感器的二次绕组的两端相接，运算放大器U2B的输出端通过电阻R4输出到高保真功放管的负向输入端。
5.根据权利要求I至4任一项所述的高精度交流大电流输出装置，其特征在于，所述隔直电路主要由前级运放U4B、后级运放U4A及电容C12组成，前级运放U4B的同向端接地，反向端通过电阻R7与高保真功放管的的输出端连接，前级运放U4B的输出端与其方向端之间接有反馈电阻R8，其输出端还通过电阻R9与后级运放U4A的同向端相连，后级运放U4A的反向端与其输出端短接并进一步与电容C12的一侧和高保真功放管U3A的正向输入端连接，电容C12的另一侧与后级运放U4A的同向端相连。
全文摘要
一种高精度交流大电流输出装置，包括智能高精度交流信号源，输出零到十伏、电气指标任意可调的高精度交流信号；两路信号转换输出电路，分别输入所述高精度交流信号并在完成处理后以并联方式输出，以便使所述输出装置的输出电流的大小翻倍；所述信号转换输出电路包括依次串联的高保真运算放大器、高保真功放管和大功率变压器，所述高保真功放管通过大功率ＡＣ－ＤＣ电源供电，其输出端和输入端之间设有隔直电路，所述大功率变压器的输出端和所述高保真功放管U3A的输入端之间设有反馈电路，所述大功率变压器的输出端引出作为本路信号转换输出电路的输出端。本发明可以为实验验证传统互感器在传递谐波时的性能提供可靠的信号源。
文档编号G01R1/28GK102841227SQ20121028975
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月15日 优先权日2012年8月15日
发明者赵伟, 孙卫明, 胡嘉, 孟庆亮, 孟金岭, 黎沛, 黄建钟 申请人:广东电网公司电力科学研究院