互感器负荷箱校准装置的制作方法

本实用新型涉及互感器技术领域，特别涉及一种互感器负荷箱校准装置。

背景技术：

互感器负荷箱是检验电流、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。

在电力系统中，电能表以及计量用互感器关系到所有用电客户和发售电企业的公平贸易结算，互感器负荷箱是在检定计量用互感器过程中用到的模拟二次负载的设备，其准确级以及关键技术指标是否合格会影响互感器检定数据的结果，因此需要采用互感器负荷箱校准装置来校准互感器负荷箱，校准需要依据JJF1264-2010互感器负荷箱校准规范。

大多数的互感器负荷箱校准装置采用手动或自动调压器方式升流或升压的方式进行校准，自动化程度不高。另外，采用调压器调节输出方式，输出的电压、电流信号均为电网波形，电网波形一般存在较大的谐波，而负荷箱校准规范要求校准时测试的信号谐波含量不得超过5％，可能超过规定要求；采用调压器调节测量电流负荷箱的1％工作点的时候，会出现调节细度不够的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种互感器负荷箱校准装置，以解决现有互感器负荷箱校准装置自动化程度不高及调节细度不够的问题。

根据本实用新型的实施例，提供了一种互感器负荷箱校准装置，包括：人机交互器、数据处理器、正弦波信号发生器、数模转换器、第一功放器、隔离变压器、模数转换器、溯源接口及第二功放器；

所述人机交互器、所述数据处理器、所述数模转换器、所述第一功放器、所述隔离变压器及互感器负荷箱依次串联；所述正弦波信号发生器一端与所述数据处理器连接，另一端与所述数模转换器连接；所述模数转换器一端与所述数据处理器连接，另一端与所述第二功放器连接；所述溯源接口与所述第二功放器连接；所述互感器负荷箱与所述第二功放器连接。

优选地，所述互感器负荷箱校准装置中，还包括与所述人机交互器连接的计算机。

优选地，所述互感器负荷箱校准装置中，所述数据处理器设有定时器。

优选地，所述互感器负荷箱校准装置中，所述数模转换器为16位数模转换器。

优选地，所述互感器负荷箱校准装置中，所述正弦波信号发生器输出正弦波信号的频率为40Hz-400Hz。

优选地，所述互感器负荷箱校准装置中，所述装置还包括外壳，所述外壳为4U标准金属机箱。

优选地，所述互感器负荷箱校准装置中，所述人机交互器包括液晶屏幕及键盘，所述液晶屏幕及键盘设于所述外壳的正面。

优选地，所述互感器负荷箱校准装置中，所述数据处理器为数字信号处理器。

由以上技术方案可知，本实用新型提供了一种互感器负荷箱校准装置，包括：人机交互器、数据处理器、正弦波信号发生器、数模转换器、第一功放器、隔离变压器、第二功放器、模数转换器及溯源接口；所述人机交互器、所述数据处理器、所述数模转换器、所述第一功放器、所述隔离变压器及互感器负荷箱依次串联；所述正弦波信号发生器一端与所述数据处理器连接，另一端与所述数模转换器连接；所述模数转换器一端与所述数据处理器连接，另一端与所述第二功放器连接；所述溯源接口与所述第二功放器连接；所述互感器负荷箱与所述第二功放器连接。本实用新型采用数据处理器、标准正弦波发生器和大功率功放器替代调压器，解决了现有技术中需要人工操作的非智能化的问题，同时提高了调节细度，降低了波形畸变率；采用了简单可靠的放大电路和高分辨率的模数转换器，进而使互感器负荷箱校准装置的准确度和稳定性得到很好的提升。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据一优选实施例示出的一种互感器负荷箱校准装置的结构框图；

图2为根据一优选实施例示出的一种互感器负荷箱校准装置的工作原理图；

图3为根据一优选实施例示出的阻抗溯源校验接线图；

图4为根据一优选实施例示出的导纳溯源校验接线图。

图示说明：

其中，1-计算机，2-人机交互器，3-数据处理器，4-正弦波信号发生器，5-数模转换器，6-第一功放器，7-隔离变压器，8-量程切换器，9-模数转换器，10-溯源接口，11-互感器负荷箱，12-第二功放器，13-溯源标准源，71-第一电阻，72-电压互感器，73-电流互感器，74-第二电阻，81-第一继电器，82-第二继电器，83-第三继电器，101-第一溯源接口，102-第二溯源接口，111-电流互感器负荷箱，112-电压互感器变压箱，121-第一放大缓冲器，122-第二放大缓冲器，123-第三放大缓冲器，124-第四放大缓冲器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种互感器负荷箱校准装置，包括：人机交互器2、数据处理器3、正弦波信号发生器4、数模转换器5、第一功放器6、隔离变压器7、第二功放器12、模数转换器9及溯源接口10；

所述人机交互器2、所述数据处理器3、所述数模转换器5、所述第一功放器6、所述隔离变压器7及互感器负荷箱11依次串联；所述正弦波信号发生器4一端与所述数据处理器3连接，另一端与所述数模转换器5连接；所述模数转换器9一端与所述数据处理器3连接，另一端与所述第二功放器12连接；所述溯源接口10与所述第二功放器12连接；所述互感器负荷箱11与所述第二功放器12连接。

所述人机交互器2用于向所述数据处理器3发送互感器负荷箱校准指令；

所述数据处理器3用于根据所述互感器负荷箱校准指令，计算出需要输出的电压信号，得到数字量信号；将数字量信号发送至所述数模转换器5的同时，发送一个时钟信号给所述正弦波信号发生器4；计算出所述互感器负荷箱校准装置输出的电压或电流，所述互感器负荷箱11产生的差流或差压，以及电压与差流之间的相位或电流与差压之间的相位；计算所述互感器负荷箱11被检测档位的导纳值或阻抗值；判断所述互感器负荷箱11的档位量程指标是否满足精度要求；

所述正弦波信号发生器4用于输出正弦波基准信号；

所述数模转换器5用于根据所述数字量信号将所述正弦波基准信号进行比例输出，得到正弦波交流信号；将所述正弦波交流信号发送至所述第一功放器6；

所述第一功放器6用于放大所述正弦波交流信号；

所述隔离变压器7用于根据所述正弦波交流信号输出测试电压或测试电流至所述互感器负荷箱11；

所述第二功放器12用于放大所述测试电压或所述测试电流，以及所述互感器负荷箱11产生的差流或差压信号；

所述模数转换器9用于检测输出的测试电压或测试电流，以及所述互感器负荷箱11产生的差流或差压；

所述溯源接口10用于连接溯源标准源13。

本实用新型实施例提供的互感器负荷箱校准装置工作过程为：数据处理器3根据接收到人机交互器2的指令进行程序计算出需要输出的电压信号，得到数模转换器数字量信号，该信号表征着校准装置的输出电压或电流幅度的大小。数据处理器3将数模转换器数字量信号发送至数模转换器5的同时，发送一个时钟信号给正弦波信号发生器4，正弦波信号发生器4根据校准需要输出一个频率为50Hz、60Hz或其他频率的电压幅度为7.07V的纯正弦波交流信号，该正弦波交流信号给数模转换器5作为电压或电流基准。数模转换器5根据数据处理器3发过来的数模转换器数字量将正弦波信号发生器4发过来的正弦波基准信号进行比例输出，得到电压幅度受数据处理器3控制的正弦波交流信号。数模转换器5输出的正弦波交流信号给第一功放器6，第一功放器6将信号放大推动，通过隔离变压器7将输出测试电压或测试电流给被校准的互感器负荷箱11。第二功放器12将所述测试电压或所述测试电流，以及所述互感器负荷箱11产生的差流或差压信号放大发送至模数转换器9；模数转换器9对放大的测试电压或测试电流，以及互感器负荷箱产生的差流或差压进行检测。数据处理器3通过程序计算出装置输出的电压或电流，被校准负荷箱产生的差流或差压，以及电压与差流之间的相位或者是电流与差压之间的相位；进一步可以计算出电压互感器负荷箱被检测档位的导纳值(包括电导与电纳值)，或者可以计算出电流互感器负荷箱被检测档位的阻抗值(包括电阻或电抗)，进一步判断被校准互感器负荷箱的档位量程指标是否满足精度要求。如果档位量程指标满足精度要求，则继续下一个量程的测量；如果档位量程指标不满足精度要求，则修改测量的基本参数。

由以上技术方案可知，本实用新型提供了一种互感器负荷箱校准装置，包括：人机交互器2、数据处理器3、正弦波信号发生器4、数模转换器5、第一功放器6、隔离变压器7、模数转换器9、溯源接口10及第二功放器12；所述人机交互器2、所述数据处理器3、所述数模转换器5、所述第一功放器6、所述隔离变压器7及互感器负荷箱11依次串联；所述正弦波信号发生器4一端与所述数据处理器3连接，另一端与所述数模转换器5连接；所述模数转换器9一端与所述数据处理器3连接，另一端与所述第二功放器12连接；所述溯源接口10与所述第二功放器12连接；所述互感器负荷箱11与所述第二功放器12连接。本实用新型采用数据处理器、标准正弦波发生器和大功率功放器替代调压器，解决了现有技术中需要人工操作的非智能化的问题，同时提高了调节细度，降低了波形畸变率；采用了简单可靠的放大电路和高分辨率的模数转换，进而使互感器负荷箱校准装置的准确度和稳定性得到很好的提升。

具体地，请参阅图2，量程切换器8通过控制继电器的开关来控制校准电压互感器负荷箱112或电流互感器负荷箱111，所述第二功放器包括第一放大缓冲器121，第二放大缓冲器122，第三放大缓冲器123及第四放大缓冲器124。

当被校准的互感器负荷箱为电压互感器负荷箱112时，量程切换器8控制第一继电器81和第三继电器83闭合、第二继电器82断开；装置输出电压通过电压互感器72降压，通过第一放大缓冲器121送到模数转换器9的第一通道测量。装置输出电压施加在电压互感器负荷箱112上的产生的电流Δi通过第四放大缓冲器124送到模数转换器9的第四通道测量。数据处理器3通过程序计算出装置输出的电压以及电压互感器负荷箱112产生的差流，以及电压与差流之间的相位；进一步可以计算出电压互感器负荷箱112被检测档位的导纳值(包括电导与电纳值)。

当被校准的互感器负荷箱为电流互感器负荷箱111，量程切换器8控制第一继电器81和第二继电器82闭合、第三继电器83断开。装置输出电流通过电流互感器73和第二电阻74取样，通过第二放大缓冲器122送到模数转换器9的第二通道测量。装置输出电流在电流互感器负荷箱上111的电压Δu通过第三放大缓冲器123送到模数转换器9的第三通道测量。数据处理器3通过程序计算出装置输出的电流以及电流互感器负荷箱111产生的差压，以及电流与差压之间的相位；进一步可以计算出电流互感器负荷箱111被检测档位的阻抗值(包括电阻或电抗)。

具体地，请参阅图2和图3，量程切换器8控制第一继电器81、第二继电器82和第三继电器83都断开，阻抗测量功能的溯源采用外部第一校准溯源接口101中的To、Tx电流测量接线柱和外部第二校准溯源接口102中的Δu差压接线柱，外部溯源校准电流To、Tx通过电流互感器73和第二电阻74取样测量，通过第二放大缓冲器122送到模数转换器9的第二通道测量。外部溯源校准差压Δu通过第三放大缓冲器123送到模数转换器9的第三通道测量。数据处理器3通过程序计算出外部溯源校准电流以及外部溯源校准差压，以及电流与差压之间的相位；进一步可以计算出阻抗值，测量出的结果与对应标准信号进行误差分析得到对应的相位误差，所有得到的相对误差不得大于±0.5％即合格。阻抗测量功能的溯源可以检测出校准装置的阻抗检测准确与否，提高电流互感器负荷箱校准装置的准确性。

具体地，请参阅图2和图4，量程切换器8控制第一继电器81、第二继电器82和第三继电器83都断开，导纳测量功能的溯源采用外部第一校准溯源接口101中的a、x电压测量接线柱和外部第二校准溯源接口102中的Δi差流接线柱，外部溯源校准电压a、x通过电压互感器72降压，通过第一放大缓冲器121送到模数转换器9的第一通道测量。外部溯源校准差流Δi通过第四放大缓冲器124送到模数转换器9的第四通道测量。数据处理器3通过程序计算出外部溯源校准电压以及外部溯源校准差流，以及电压流与差流之间的相位；进一步可以计算出导纳值。测量出的结果与对应标准信号进行误差分析得到对应的相位误差，所有得到的相对误差不得大于±0.5％即合格。导纳测量功能的溯源可以检测出校准装置的导纳检测的准确与否，提高电压互感器负荷箱校准装置的准确性。

具体地，所述互感器负荷箱校准装置中，所述隔离变压器7具有1.6V、25V、70V和122V四个变比，可以满足额定0.1A-5A的电流互感器负荷箱校准，也可以满足33.3V-110V电压互感器负荷箱的校准，扩大了电流互感器负荷111及电压互感器负荷箱112的校准范围。

具体地，所述互感器负荷箱校准装置中，所述量程切换器8控制第一放大缓冲器121、第二放大缓冲器122、第三放大缓冲器123及第四放大缓冲器124，自动切换量程。

优选地，所述互感器负荷箱校准装置中，还包括与所述人机交互器2连接的计算机1。可以根据计算机的指令要求输出标准信号，实现自动化校验互感器校验仪。

优选地，所述互感器负荷箱校准装置中，所述数据处理器3设有定时器。定时器可以每隔相同的时间发送一个时钟信号给正弦波信号发生器4，时钟信号的频率为本实用新型正弦波测试信号频率的1024倍。

优选地，所述互感器负荷箱校准装置中，所述数模转换器5为16位数模转换器。16位数模转换器控制输出测试电压、电流，输出信号的分辨率为1/65535，比调压器大约300匝以内的调节分辨率高出了200倍以上，因此校准电流互感器负荷箱1％～150％之间的测试点均能达到0.1％的准确度。

优选地，所述互感器负荷箱校准装置中，所述数据处理器3采用数字隔离器技术发送给正弦波信号发生器4时钟信号。数字隔离器采用的关键器件是IOS7230，关键技术指标为：隔离耐压4000V，3通道，数率为1Mbps。采用的数字隔离器技术可以很好的将高速弱电的数字电路与大功率的功放电路电气隔离，可以起到不会互相干扰，运行安全的作用。

优选地，所述互感器负荷箱校准装置中，所述正弦波信号发生器4输出正弦波信号的频率为40Hz-400Hz。国内目前互感器负荷箱基本只能校准50Hz的互感器校验仪。本实用新型提供的互感器负荷箱校准装置中，正弦波信号发生器输出正弦波信号可以是常用的50Hz、60Hz或者40Hz-400Hz以内任意频率，采用的是CPU内部定时器发送时钟信号方法产生各种频率的正弦波信号，因而输出信号的频率可以达到0.01Hz的分辨率和准确度，实现了任意频率互感器负荷箱的校准功能。

优选地，所述互感器负荷箱校准装置中，所述装置还包括外壳，所述外壳为4U标准金属机箱。4U标准金属机箱为卧式结构，结构规范，适合在试验室的试验操作台上使用，液晶以及操作按键面板安装在4U标准机箱的正面，符合人体工程学。

优选地，所述互感器负荷箱校准装置中，所述人机交互器2包括液晶屏幕及键盘，所述液晶屏幕及键盘设于所述外壳正面。液晶屏幕可以显示出测试信息，测试人员可以通过键盘对测试信息进行更改，使测试人员直观获取测试信息并及时快速进行更改，便于测试人员操作。

优选地，所述互感器负荷箱校准装置中，所述数据处理器3为数字信号处理器。单片就可以完成所有控制以及数学运算，稳定可靠。

优选地，所述互感器负荷箱校准装置中，所述第一功放器6和第二功放器12采用OPA5124功率运放以及三极管阵列电路SAP15P和SAP15N功率对管设计的BTL(Bridge-Tied-load，桥接式负载)推挽电路。BTL推挽电路没有采用常规装置中的测量电路中的移相电路，本实用新型对测试电压、电流、差压或差流信号经过取样后采用倍率可控的放大器放大至0.5V-2V之间，然后采用14位模数转换器直接测量，因而测量电路简单，其准确性可以达到0.1级。

优选地，所述互感器负荷箱校准装置中，所述正弦波信号发生器输出正弦波畸变率低于0.1％，远远高于校准规程的要求。

优选地，所述互感器负荷箱校准装置中，所述正弦波信号发生器采用高稳定性的电压基准，输出的7.07V交流基准电压稳定度达到0.05％，因此实用新型输出的测试电压或测试电流不会随电网电压的变化而改变。

优选地，所述互感器负荷箱校准装置中，所述模数转换器9采用了高速并行逐次逼近式模数转换电路，采用TI公司的14位芯片MAX125，MAX125是高集成度、4х2通道并行同步采样、14bit逐次逼近(SAR)型ADC，模数转换器9分辨率高，可以实现被测量信号准确测量，采用软件算法进一步提升互感器负荷箱校准装置准确性。

优选地，所述互感器负荷箱校准装置中，所述人机交互器2采用ARM架构，外设接口丰富，处理速度达到66MHz，有助于降低应用的系统级成本，充分满足本系统设计需求。

由以上技术方案可知，本实用新型提供了一种互感器负荷箱校准装置，包括：人机交互器2、数据处理器3、正弦波信号发生器4、数模转换器5、第一功放器6、隔离变压器7、模数转换器9、溯源接口10及第二功放器12；所述人机交互器2、所述数据处理器3、所述数模转换器5、所述第一功放器6、所述隔离变压器7及互感器负荷箱11依次串联；所述正弦波信号发生器4一端与所述数据处理器3连接，另一端与所述数模转换器5连接；所述模数转换器9一端与所述数据处理器3连接，另一端与所述第二功放器12连接；所述溯源接口10与所述第二功放器12连接；所述互感器负荷箱11与所述第二功放器12连接。本实用新型采用数据处理器、标准正弦波发生器和大功率功放器替代调压器，解决了现有技术中需要人工操作的非智能化的问题，同时提高了调节细度，降低了波形畸变率；采用了简单可靠的放大电路和高分辨率的模数转换器，进而使互感器负荷箱校准装置的准确度和稳定性得到很好的提升。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。