CN101533082B - 一种电能表半波整流试验线路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电能表半波整流试验线路，包括标准表，还包括交流恒流源、直流恒流源、隔直电容(C1)和被试表支路，其中：所述交流恒流源依次串联标准表、隔直电容(C1)、被试表支路构成闭合环路；所述直流恒流源并联在所述被试表支路两端并这样工作：直流恒流源输出电流在所述被试表支路上与所述交流恒流源输出电流叠加为半波整流波形。这种线路能大大提高检验被试表在电流为半波整流波形情况下电能测量误差的准确度满足精确检验的要求，并且可以一次性检验多个表，具有功耗低、检验效率高、操作简单等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电能测量，具体涉及一种能精确检验电能表在电流信号为半波整流波形情况下电能测量误差的试验线路。
背景技术
目前，由于电能具有方便传输和转化等特出优点，使得电能作为动力或能源广泛使用于工业、商业和民用领域等各行各业，而电能表用于计量用户使用的电量，是电能提供方(如：供电公司)和用户(如：居民)之间进行贸易结算的依据。
由于用户负载千差万别，产生的电流波形也千差万别，所以，电能表在各种电流波形情况下能否准确测量，误差是否在要求的范围内，直接涉及供用双方的利益，关系重大。
举个例子来说，如果用户串联一个二极管给电炉盘通电，则电流为半波整流波形(半周期正弦波)，此类现象出现的可能性非常大。所以国家和国际标准都特别规定了要对电能表进行半波整流试验，即在电流为半波整流波形(正半周期正弦波形，含有直流和偶次谐波)情况下进行电能测量误差的试验。
国家标准GB/T17215-2002/IEC61036：2000(以下简称“国家标准GB/T17215”)，在其规范性附录B之B.1章节中，给出了半波整流试验线路图(如图1所示)，注1到注5说明了使用条件，并给出了半波整流波形(如图2所示)。
对照图1分析国家标准GB/T17215推荐的半波整流试验线路，可以发现有以下几点不足：1、试验中增加的损耗比较大，为了试验一个被试表在半波整流情况下的电能测量误差，增加了相当于被试表电流线路损耗20多倍的损耗，除两个电阻RB增加20倍损耗外，还包括一个平衡阻抗和两个整流二极管的损耗；2、操作比较繁琐，因为被试表的阻抗、最大电流IMAX有多种规格，需要准备多组不同电流承受能力、不同阻值的电阻RB；3、测量准确度低，两个整流二极管的正向导通压降相差0.1V(伏)是很正常的，由此引入的误差却较大；4、一次检验一只，效率比较低。
下面通过一个具体的例子来说明上述不足到底有多大。
国家标准GB/T17215中4.4.1.2电流线路一节规定，1级电能表的每一电流线路在基本电流情况下的视在功率，最大为4VA(伏安)。
若某一款1级电能表的基本电流IB为30A(安)、最大电流IMAX为100A，每一电流线路的视在功率在IB时为2.7VA，是合乎规定的。按照视在功率与线路阻抗、通过电流的平方成正比的规律，得到该款表每一电流线路的视在功率在电流IMAX时为(100/30)2＊2.7＝30VA，在电流
时为15VA，在电流IMAX/2时为7.5VA。
可见，按照国家标准GB/T17215推荐的半波整流试验线路，试验上述该款表在半波整流情况下的电能测量误差时，每一电流线路增加了20多倍的损耗，只算两个电阻RB的损耗就有150W(瓦，＝7.5＊10＊2，单位用“瓦”是因为电阻RB是阻性负载，产生有功损耗)。如果该款表是三相电能表，同时检验20只，增加的损耗将高达9千瓦(＝150＊20＊3，三相电流线路)，以至于难以实施，所以一般只针对一个被试表进行试验，检验效率较低。
该款电能表电流线路在电流为
时视在功率为15VA，端电压有效值为 (IMAX为100A)，峰值电压为0.3V(虽然被试表的测试电流的有效值是IMAX/2，但是其电流波形为的正半周，峰值电压与通过整周期电流时的相同)。被试表与串联电阻RB总的峰值电压约为0.3＊(1+10)＝3.3V。如果整流二极管的正向导通压降为0.7V，两个整流二极管的压降相差0.1V，造成被试表支路、平衡阻抗支路电流峰值差异比例约为0.1/(3.3+0.7)≈2.5％，有效值比例与峰值比例大体相当，由于电能正比于有效值电流大小，所以两支路电能差异大约是2.5％。所以，用标准表所计整周期的电能折半来检验被试表的电能误差，其误差将达到两支路电能差异的一半即1.25％，不能满足精确检验的要求。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，如何提供一种电能表半波整流试验线路，可以精确检验被试表在电流为半波整流波形情况下的电能测量准确度，同时具有功耗低、检验效率高、操作简单等优点。
本发明技术问题这样解决，构建一种电能表半波整流试验线路，包括标准表，还包括交流恒流源、直流恒流源、隔直电容C1和被试表支路，其中：所述交流恒流源依次串联标准表、隔直电容C1、被试表支路构成闭合环路；所述直流恒流源并联在所述被试表支路两端并这样工作：直流恒流源输出电流在所述被试表支路上与所述交流恒流源输出电流叠加为半波整流波形。
按照本发明提供的电能表半波整流试验线路，该试验线路还包括串在被试表支路上的电流传感器及其连接的控制电路，所述控制电路的另一端与直流恒流源的控制端连接，该电流传感器及其连接的控制电路这样工作：根据电流波形最小值是否为零自动调节直流恒流源输出电流使其在所述被试表支路上与所述交流恒流源输出电流叠加为半波整流波形。
按照本发明提供的电能表半波整流试验线路，所述被试表支路是一个被试表或若干个被试表的串联组合，可以一次性检验多个表。
本发明提供的电能表半波整流试验线路，较现有技术，能大大提高检验被试表在电流为半波整流波形情况下电能测量误差的准确度，满足精确检验的要求，并且可以一次性检验多个表，具有功耗低、检验效率高、操作简单等优点。
附图说明
下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。
图1是国家标准GB/T17215中采用的电能表半波整流试验线路连接示意图；
图2是半波整流波形示意图；
图3是本发明电能表半波整流试验线路一连接示意图；
图4是本发明电能表半波整流试验线路二连接示意图。
具体实施方式
下面按实施例一、二的顺序，详细介绍本发明的实施方法：
(一)本发明实施例一
如图3所示，本发明实施例一的一种半波整流试验线路，其主要包括一个标准表、被试表支路、交流恒流源、直流恒流源、隔直电容C1，其中：交流恒流源依次串联标准表、隔直电容C1、被试表支路构成闭合环路，直流恒流源并联在被试表支路两端。
上述图3所示，所述被试表支路可以是一个被试表，也可以是若干个被试表的串联组合。
下面介绍实施例一的一种半波整流试验线路的工作原理。
国家标准GB/T17215，在其规范性附录B之B.1章节中，给出了半波整流波形国际(如图2)，在前半周为正弦波形，后半周为0。图中波形峰值标注为1，对应实际电流峰值的100％，该波形的直流分量为1/π(＝0.318，π为圆周率)。若电流峰值为Ip，则其有效值为Ip/2，直流分量为0.318Ip。
交流恒流源产生交流恒定电流，该交流恒定电流是国家标准GB/T17215(如图2)所示的波形减去直流分量后所得的交流分量，该交流分量依次通过标准表、隔直电容C1、被试表支路，由于直流恒流源对交流电流呈现高阻抗，所以通过被试表支路的交流电流不会被分流。同时，直流恒流源产生的电流为国家标准GB/T17215(如图2)所示波形的直流分量，方向是流进隔直电容C1、被试表支路的连接点，由于隔直电容C1的隔直作用，它仅流过被试表支路。根据叠加原理，通过被试表支路上的电流为交流分量加上直流分量，波形和国家标准GB/T17215(如图2)所示一致。而且，标准表仅通过交流分量。
电能是电压、电流的乘积对时间的积分，交流电压、交流电流的乘积可以积分出电能，交流电压、直流电流的乘积积分出的电能为0，通过被试表的电流仅交流分量对电能有贡献。
因为通过标准表、被试表支路的电流交流分量一致，所施加的交流电压也一致，所以标准表、被试表支路上被试表测量的电能完全相同，可以用标准表对被试表进行高准确度的试验。
下面计算直流恒流源需要提供的直流功率。
设被试表电流线路阻抗的模为ZL，电流线路损耗为电流有效值的平方和阻抗的乘积，即Ip/2＊Ip/2＊ZL(＝0.25Ip＊Ip＊ZL)，两端的峰值电压为Ip＊ZL，直流恒流源需要输出的功率为直流分量和其两端峰值电压的乘积，即0.318Ip＊Ip＊ZL，是被试表支路电流线路损耗的1.27(＝4/π)倍。
可见，本发明的试验线路为试验需要额外增加的损耗是被试表支路电流线路损耗的1.27倍，远远小于国家标准GB/T17215推荐方案的20多倍。如果是举例中的电能表型号，同时校验20只三相电能表，增加的总损耗为571.5(＝7.5＊1.27＊20＊3，三相电流线路)，可以实施，检验效率得以大幅度提高。
(二)本发明实施例二
如图4所示，本发明的实施例二的一种半波整流试验线路，在实施例一的基础上进一步改进，较实施例一增加了一个串在被试表支路上可以检测交直流电流的电流传感器41和一个控制电路42，所述电流传感器41输入端IN+、IN-串联被试表支路上的被试表之后，并联在直流恒流源两输出端DC+、DC-之间，电流传感器41输入端IN+与直流恒流源两输出端DC+相连，所述控制电路42设置在电流传感器41的输出端OUT、直流恒流源的控制端CON之间。
上述图4所示的一种电能表半波整流试验线路，所述被试表支路可以是一个被试表，也可以是若干个被试表的串联组合。
综合言之，相比于实施例一，实施例二增加了自动控制环节。交流恒流源、直流恒流源是独立控制的。交流恒流源输出半波整流波形的交流分量后，电流传感器41测量通过被试表支路的电流，输出到控制器42；控制器42判断该电流波形的最小值是否为0，通过CON端调节直流恒流源的输出：电流波形的最小值若小于0则增加直流恒流源的输出，若大于0则减小直流恒流源的输出，直到该电流波形的最小值等于0才停止调节，使被试表支路通过的电流为半波整流波形。
这样可以实现自动调节，不需要人为调整。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (3)
1.一种电能表半波整流试验线路，包括标准表，其特征在于，还包括交流恒流源、直流恒流源、隔直电容(C1)和被试表支路，其中：所述交流恒流源依次串联标准表、隔直电容(C1)、被试表支路构成闭合环路；所述直流恒流源并联在所述被试表支路两端并这样工作：直流恒流源输出电流在所述被试表支路上与所述交流恒流源输出电流叠加为半波整流波形。
2.根据权利要求1所述的电能表半波整流试验线路，其特征在于，该试验线路还包括串在被试表支路上的电流传感器(41)，所述电流传感器依次电连接控制电路(42)和直流恒流源的控制端，该电流传感器及其连接的控制电路这样工作：根据电流波形最小值是否为零自动调节直流恒流源输出电流使其在所述被试表支路上与所述交流恒流源输出电流叠加为半波整流波形。
3.根据权利要求1或2所述的电能表半波整流试验线路，其特征在于，所述被试表支路是一个被试表或多个被试表(41)的串联组合。
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