专利名称:强电流通断条件下的数字相位测试仪的制作方法
本实用新型属于测试类。
长期以来普遍流行的稳态条件下的相位角测试仪根本无法解决强电流通断条件下的相位角测试。电器行业对强电流通断条件下相位角测试的传统方法是靠光线示波器拍照，然后通过计算进行相位标定。该方法测量速度慢，误差大(±3～4°)，不直观。
上海电器技术研究所主刊的《电器技术》一九八二年第四期文“电器强电流通断试验中相位的精密测量”(作者方鸿发)，介绍了强电流通断条件下工频相位角的测试原理和基本方案，强调了相位前推原理。但是，电网实际工作频率并非单一固定频率(50HZ或60HZ)。而是变化着的频率。特别是强电流通断条件下，极强的干扰常常会导致上述基本原理的失败，仪器无法正常工作。
本实用新型将上述相位前推原理改为相位前推频率跟踪原理，排除各种电、磁干扰影响，为瞬态测试电压电流间相位角提供快速、精密的测试手段。
本实用新型的基本原理是这样的参看原理波形示意图1和主框图2。接通试验电流前的电压U1从负半波变到正半波的过零瞬间，计数门开启，直到试验电流接通后经过七个周波，其直流分量已基本衰减完，试验电流在仪器输入端所产生的电压U2从负半波变到正半波的过零瞬间，使计数门关闭。从计数门开启到关闭的时间内通过计数门的钟脉冲个数为N＝3600×7＋ΔN (1)而ΔN＝△t·f0∵ (φ)/(360°) ＝ (△t)/(T) ＝△t·f∴△N＝N－3600×7＝ (φ)/(360°f) ·f0(2)φ＝ (360°f)/(f0) ·△N (3)式中，f为电压U1、U2的频率，f0为钟脉冲频率，二者可视为常数。由于3600进制计数器具有自动复零、自动计数的功能，所以，计数器输出被显示的数值是△N。从式(3)知，被测相位角φ正比于△N。
这里出现一个问题，即f0取值为多少才合适？对f为50HZ，△N为1(φ＝0.1°)时，f0应该取180KHZ，对应φ为2π，显示正好为3600，取一位小数，可直接表示出的相位角为360.0°。但是，对f为49.9HZ，若f0仍为180KHZ，还是对应φ为2π，显示数就不再为360.0，而是360.72°。如果f为49HZ、48HZ┈，误差就将更大。采用3600倍频锁相技术，可得到f0等于3600f0由式(3)，即使f偏离50HZ，所显示的相位角误差总是满足要求的(因为式(3)的比例系数为1)。
在图1和图2中，U1为被测回路端电压，U2为通断电流在取样回路产生的端电压，U3为双电源系统供电回路端电压。由于强电流接通以后，U1几乎为零，所以，图1中U1以虚线表示。
发明的实施由图3所示的具体结构框图和图4通道图实现。
仪器由三个通道(18)、(19)、(20，门控电路(4)、(11)，3600进制计数器(6)，计数门(5)，译码门显示器(7)，3600倍频锁相环(17)等主要部分组成。
第一个通道，即U1通道，又称为电压通道(18)，包括干扰抑制器(13)、衰减器(14)、低通滤波器(15)和放大整形器(16)。其中干扰抑制器是一种π型LC低通滤波器，上截止频率1MHZ，电感线圈双线并绕在铁氧体磁芯上，要求尽可能减少分布电容。衰减器按测量范围比例衰减，其输出电压归一到0.2V(满量程)。低通滤波器实际上是由同相比例放大器构成的低通有源滤波器，其闭环增益为10，上截止频率为200HZ。放大整形器闭环增益为30，目的在于提高整形波形的质量。
第二个通道，即U2通道，又称为电流通道(19)。它除了包括U1通道的内容外，还包括U3通道开始计数和关闭计数门的控制电路门1(4)。它的输入信号是由电流互感器取得。U2从出现到直流分量衰减为零，大约要经过七个周波的时间。
为了保证测量回路正常工作，多数电器试验都备有双电源供电系统。鉴于双电源供电系统频率相同，非试验用电源相对比较稳定，本仪器采用非试验用电源供电，并开辟新的第三通道，即U3通道，又称为辅助通道(20)。它除了包括U1通道的内容外，还包括四位二进制计数器(即七进制计数器)(9)，3600倍频锁相环(17)。七进制计数器开始计数的时间取决于U2通道中的双稳2(28)是否翻转，门控2(11)是否开启，也就是U2是否有从负到正的过零脉冲。计数器一旦计满七个过零脉冲，门控1(4)便允许关闭计数门(5)。
3600倍频锁相环(17)的核心是数字鉴相、压控振荡器(8)和3600比1分频器(图3中的十二位二进制计数器(12))；它的输出频率f0自同步于电网f，而且f0等于3600f。
此外，要完全保证仪器在极端恶劣的电磁场干扰、电网冲击干扰下正常工作，还必须采用严格的多种干扰措施，如仪器二次浮地屏蔽技术、直流／直流变换电源、电源干扰抑制器等。
经过以上实施办法后，本实用新型可以达到下述主要技术指标测量电压电流间相位角范围000.0～360.0°频率范围45～62HZ
对输入波形的要求两通道输入信号波形失真度应小于1％精度试验电压在各档规定值的±20％变化，且通电时间不小于200MS，仪器输入线电阻不大于1Ω，试验电流在各档规定范围内，相位角误差不大于±1°分辩力0.1°试验回路电压110～1200V经分压器分压后仪器输入端电压U122～240V试验回路电流1～100KA经分流器分流后仪器输入端电压U20.1～2V附图中各标引符号的意义为1——通道1；2——通道2；3——通道3；4、11——门控1、门门控2；5——计数门；6——3600进制计数器；7——译码显示器；8——数字鉴相、压控振荡器；9——四位二进制计数器；10·35——译码器1、译码器2；12——十二位进制计数器；13——干扰抑制器；14——衰减器；15——低通滤波器；16——放大整形器；17——3600倍频锁相环；18——电压通道；19——电流通道；20——辅助通道；21、22、23、24——微分1、微分2、微分3、微分4；25、26、25、26——缓冲器1、缓冲器2；27、28、29、30——双稳双稳1、双稳2、双稳3、双稳4；31、32、33、34——倒相器1、倒相器2、倒相器3、倒相器4。
权利要求
1.利用相位前推频率跟踪原理，测试仪主要由电压通道(18)、电流通道(19)、辅助通道(20)、3600倍频锁相(17)、低通滤波器(15)、放大整形器(16)、双重抗干扰抑制器(13)以及3600进制计数器(6)等组成，完成强电流通断条件下电压、电流间相位角测试。其特征在于a.辅助通道(20)负责完成受第一个从负到正过零脉冲制约的自身七个过零脉冲的计数，与U2配合关闭计数门(5)。b.能与电网频率自同步的3600倍频锁相环(17)接于辅助通道与计数门之间。
2.根据权利要求
1所述的测试仪，其特征是3600倍频锁相环(17)能给脉冲频率f0等于3600倍电网频率f。
3.根据权利要求
1所述的测试仪，其特征是抗干扰抑制器(13)同时置于供电回路和各通道入口处，其上截止频率为1MHZ。
4.根据权利要求
1所述的测试仪，其特征是3600进制计数器(6)置于计数门(5)后，能对3600个输入脉冲进行自动复零，复零后所剩余脉冲供译码显示器(7)显示，表示所测相位角。
5.根据权利要求
1所述的测试仪，其特征是低通滤波器(15)上截止频率为200HZ，放大整形器(16)放大倍数为10。
专利摘要
本实用新型是基于相位前推频率跟踪原理，采用辅助通道、3600倍频锁相环、低通滤波器、二次浮地屏蔽技术、直流/直流变换电源、双重抗干扰抑制器等措施，排除各种极端恶劣的电磁干扰和电网冲击干扰而得到强电流通断条件下的快速、精密的电压电流间相位角测试，适合于电机、电力、电器等行业。总体方框图如上
文档编号G01R25/08GK85200721SQ85200721
公开日1987年6月10日 申请日期1985年10月10日
发明者卢银全, 方鸿发, 钟旭高, 康知敏, 陈堂敏, 杨剑非 申请人:长城精密电表厂导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan