CN104360304B - 三相宽频电流发生器 - Google Patents
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Abstract
一种三相宽频电流发生器包括信号源、D/A转换器、第一功率放大器A1、电流比变换器和反馈电阻RS。所述电流比变换器由电流互感器、第二功率放大器A2、第三功率放大器A3、第四功率放大器A4、接地电阻RL、电阻R2、电阻R3及电阻R4组成。所述电流比变换器通过电压和电流的双重深度负反馈，使得该电流发生器达到了很高的线性度，最终在直流、交流直至音频范围内，将数字编程得到的数字信号经D/A转换器变换得到的模拟电压，做跨导功率放大，最终输出由编程确定的电流。本发明是一种新型宽频数控精密电流源，能在直流、交流至音频范围内正常工作。各相电流发生器是独立的，即在电气上是相互隔离的，产生的电流也是相互独立的，可根据需要接到相应的电位上。
Description
技术领域
本发明涉及一种三相宽频电流发生器，属电测技术领域。
背景技术
现行的基于全波计量方式的电能表，在标准正弦电压和电流波形下其计量是准确的。而对于谐波源负荷，采用基波计量方式则更为合理。目前，国家已制定并发布了一系列相关的标准和规范，例如：GB/T17215.302-2013《交流电测量设备特殊要求第2部分静止式谐波有功电能表》、中国电力行业标准《标准谐波电能表》的征求意见稿、国家计量检定规程《静止式谐波有功电能表》的征求意见稿。国内外多家电能表厂家也已生产了带基波和谐波电能计量功能的电能表。
为实现谐波电能计量的可靠量值传递，需对谐波电能表进行检定。在检定谐波电能表时，按标准要求需进行谐波状态下的试验，具体包括交流电流线路中的方波的试验、尖顶波的试验、(合成)方波的试验、直流和偶次谐波试验、奇次谐波试验和次谐波试验。因此谐波电能表检定装置里的三相电流发生器应能产生并输出检定时所需的各种交流和直流三相电流波形，且在直流、工频直至2kHz的音频范围内保持其输出电流波形的稳定性和准确性。传统的三相电流发生器由于存在工作频带较窄、在输出高次谐波时衰减较为明显且波形的高频分量易诱发自震荡等缺点，显然已不满足谐波电能表检定的要求。
发明内容
本发明的目的是，为了满足电能表检测的需要，本发明提出一种三相宽频电流发生器，用于谐波电能表检定装置中以实现检定时所需的各种三相交流和 直流电流波形的输出。
实现本发明的技术方案是，本发明一种三相宽频电流发生器包括信号源、D/A转换器、第一功率放大器、电流比变换器和反馈电阻。
信号源，用于将标准的基波波形存储在ROM中，合成的谐波波形存放在RAM中，以锁相倍频对信号频率输出逐一寻址RAM，再送到D/A转换器中以产生所需的具体波形。
D/A转换器，用于将数字信号转换成模拟信号，输出额定电压值为1V的电压波形。
第一功率放大器，用于将D/A转换器输出的1V电压波形进行放大，产生电流输出I1。
电流比变换器，用于将第一功率放大器输出电流I1进行多级放大，输出反馈电流I2，并实现电流和电压的深度负反馈。
反馈电阻RS，用于形成反馈电流。
本发明三相宽频电流发生器的信号源连接D/A转换器的输入端，D/A转换器的输出端连接第一功率放大器的同相输入端，第一功率放大器的反相输入端和地之间接入一个阻值为10Ω的反馈电阻RS；第一功率放大器的输出端连接电流比变换器，通过开关K和电流互感器的一次绕组W1相应抽头连接。
所述电流比变换器由电流互感器、第二功率放大器A2、第三功率放大器A3、第四功率放大器A4、接地电阻RL、电阻R2、电阻R3及电阻R4组成。电流互感器由一次绕组W1、二次绕组W2、二次绕组WD1、二次绕组WD2、二次绕组WD3及铁芯T组成；一次绕组W1的一端通过开关K连接第一功率放大器A1的输出端；另一端通过RL接地；二次绕组W2的一端连接电阻RS，另一端连接第四功率放大器的输出端；二次绕组WD2的一端连接第二功率放大器的同相输入端，另一端与 第二功率放大器的反相输入端共同接地；二次绕组WD3的一端连接第三功率放大器的同相输入端，另一端接地；第二功率放大器的输出端通过电阻R2连接第四功率放大器的同相输入端；第三功率放大器的输出端通过电阻R3连接第四功率放大器的同相输入端；第四功率放大器的同相输入端与输出端之间并联电阻R4；所有功率放大器反向输入端接地。
所述电路互感器中的铁芯T是由铍莫合金绕制。
信号源将标准的基波波形存储在ROM中，合成的谐波波形存放在RAM中，以锁相倍频对信号频率输出逐一寻址RAM，再送到D/A转换器中以产生所需的具体波形。D/A转换器将数字信号转换成模拟信号，输出额定电压值为1V的电压波形。D/A转换器输出端和第一功率放大器A1的同相输入端连接，第一功率放大器A1将D/A转换器输出的1V电压波形进行放大，产生电流输出I1。
第一功率放大器A1输出经过开关K和电流比变换器连接。通过开关K切换，可以将第一功率放大器A1的输出连接到电流互感器的一次绕组W1相应的抽头上，经过电流互感器的二次绕组WD1、二次绕组WD2、功率放大器A2、功率放大器A3，最后经过功率放大器A4输出反馈电流I2，该电流值为0.1A。电流I2经过电流互感器的二次绕组W2连接到第一功率放大器A1的反相输入端。负反馈匹配电阻Rs连接在第一功率放大器A1的同相输入端和地之间。
由于电流I2经过阻值为10Ω的负反馈电阻Rs，使得Rs上的电压和第一功率放大器A1的同相输入端电压相等，可实现电压深度负反馈。同时保持电流I2和电流I1的比值与电流互感器一次绕组W1和二次绕组W2的匝数比相等，能保证铁芯T能在一次绕组W1有交、直流输入时都能保持接近于零的磁通，实现电流的深度负反馈。这样通过电压和电流的双重深度负反馈，就能使该电流放大器达到很高的线性度，且能在直流、交流直至音频都能正常工作。
三相宽频电流发生器由三个相同的此种电流发生器构成，每个电流发生器相互独立，因此所发出的电流也是相互独立的，可以根据需要进行选择。
该三相电流发生器由三个单相的电流发生器构成，每相独立的电流发生器均能用1V的输入电压实现1A或5A电流的输出。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明是一种新型的宽频数控精密电流源，能在直流、交流至音频范围内正常工作。各相电流发生器是独立的，即在电气上是相互隔离的，因此产生的电流也是相互独立的，可根据需要接到相应的电位上。
附图说明
图1为本发明三相宽频电流发生器的原理示意图。
具体实施方式
以下结合实施例并对照附图对本发明进行详细说明。
图1为本发明三相宽频电流发生器的原理示意图。
下面以其中的某一相宽频电流发生器为例进行详细说明，其中信号源采用直接数字合成技术，将标准的基波波形存储在ROM中，合成的谐波波形存放在RAM中，当输出所需波形时，以锁相倍频对信号频率输出逐一寻址RAM，将数据传输给D/A转换器。
D/A转换器将接受到的数字信号转换成模拟信号输入到第一功率放大器A1的同相输入端,第一功率放大器A1的输出端输出电流I1，通过开关K和电流互感器的一次绕组W1的相应抽头连接。当需要输出1A的电流时，开关K和电流互感器一次绕组W1中的1A抽头相接。当需要输出5A的电流时，开关K和电流互感器一次绕组W1中的5A抽头相接。
二次绕组WD1和二次绕组WD2中的磁动势分别作为第三功率放大器A3和第四 功率放大器A4的同相输入端的输入信号，而第二功率放大器A2和第三功率放大器A3的反相输入端直接接地。第二功率放大器A2输出端和电阻R2串联，第三功率放大器A3输出端和电阻R3串联，二者形成一个减法器，其输出作为第四功率放大器A4的同相输入端的输入信号，第四功率放大器A4的反相输入端同样接地，第四功率放大器A4的输出端和同相输入端之间接入一个电阻R4，形成负反馈，最终在第四功率放大器A4的输出端得到一个值为0.1A的输出电流I2。该电流经过电流互感器的另一个二次绕组W2和第一功率放大器A1的反相输入端连接，第一功率放大器A1的反相输入端和地之间接入一个阻值为10Ω的反馈电阻Rs。
由于电流I2和电流I1的比值与电路互感器的一次绕组W1和二次绕组W2的匝数比相等。电路互感器中的铁芯T是由铍莫合金绕制的，这样在电流输入I1为直流、交流直至音频信号时，其主磁通都能保持接近为零，激磁电流接近为零，实现了电流的深度负反馈。
由于电流I2经过负反馈电阻Rs，负反馈电阻Rs上的电压即为第一功率放大器A1的反相输入端的电压，其值为1V。由于第一功率放大器同相输入端电压也为1V，和其反相输入端电压相等，因此形成电压的深度负反馈。
通过电压和电流的双重深度负反馈，使得该电流发生器达到了很高的线性度，最终在直流、交流直至音频范围内，将数字编程得到的数字信号经D/A转换器变换得到的模拟电压，做跨导功率放大，最终输出由编程确定的电流。三相宽频电流发生器由三个相同的此种电流发生器构成，每个电流发生器相互独立，因此所发出的电流也是相互独立的，可以根据需要进行选择。
通过本发明三相宽频电流发生器能产生并输出检定时所需的各种交流和直流三相电流波形，且能在直流、工频直至2kHz的音频范围内均保持其输出电流 波形的稳定性和准确性。
本发明中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
Claims (6)
1.一种三相宽频电流发生器，包括信号源、D/A转换器、第一功率放大器和反馈电阻RS，其特征在于，还包括；电流比变换器，所述电流比变换器，用于将第一功率放大器输出电流I1进行多级放大，输出反馈电流I2，并实现电流和电压的深度负反馈；
所述电流比变换器由电流互感器、第二功率放大器A2、第三功率放大器A3、第四功率放大器A4、接地电阻RL、电阻R2、电阻R3及电阻R4组成；电流互感器由一次绕组W1、二次绕组W2、二次绕组WD2、二次绕组WD3及铁芯T组成；一次绕组W1的一端通过开关K连接第一功率放大器A1的输出端，另一端通过电阻RL接地；二次绕组W2的一端连接电阻RS，另一端连接第四功率放大器的输出端；二次绕组WD2的一端连接第二功率放大器的同相输入端，另一端与第二功率放大器的反相输入端共同接地；二次绕组WD3的一端连接第三功率放大器的同相输入端，另一端接地；第二功率放大器的输出端通过电阻R2连接第四功率放大器的同相输入端；第三功率放大器的输出端通过电阻R3连接第四功率放大器的同相输入端；第四功率放大器的同相输入端与输出端之间并联电阻R4；所有功率放大器反向输入端接地。
2.根据权利要求1所述的三相宽频电流发生器，其特征在于，所述反馈电流I2经过电流互感器的二次绕组W2连接到第一功率放大器A1的反相输入端；由于电流I2经过阻值为10Ω的反馈电阻Rs，使得Rs上的电压和第一功率放大器A1的同相输入端电压相等，可实现电压深度负反馈；同时保持电流I2和电流I1的比值与电流互感器一次绕组W1和二次绕组W2的匝数比相等，能保证电流互感器的铁芯能在一次绕组W1有交、直流输入时都能保持接近于零的磁通，实现电流的深度负反馈。
3.根据权利要求1所述的三相宽频电流发生器，其特征在于，所述电流互感器中的铁芯是由铍莫合金绕制。
4.根据权利要求1所述的三相宽频电流发生器，其特征在于，所述一次绕组W1有1A和5A两个抽头；当需要输出1A的电流时，开关K和电流互感器一次绕组W1中1A抽头相接；当需要输出5A的电流时，开关K和电流互感器一次绕组W1中5A抽头相接。
5.根据权利要求1所述的三相宽频电流发生器，其特征在于，所述二次绕组WD2和二次绕组WD3中的磁动势分别作为第二功率放大器A2和第三功率放大器A3的同相输入端的输入信号，而第二功率放大器A2和第三功率放大器A3的反相输入端直接接地；第二功率放大器A2输出端和电阻R2串联，第三功率放大器A3输出端和电阻R3串联，二者形成一个减法器，其输出作为功率放大器A4的同相输入端的输入信号，第四功率放大器A4的反相输入端同样接地，第四功率放大器A4的输出端和同相输入端之间接入一个电阻R4，形成负反馈，最终在第四功率放大器A4的输出端得到一个值为0.1A的输出电流I2。
6.根据权利要求1所述的三相宽频电流发生器，其特征在于，所述电流比变换器通过电压和电流的双重深度负反馈，使得该电流发生器达到了很高的线性度，最终在直流、交流直至音频范围内，将数字编程得到的数字信号经D/A转换器变换得到的模拟电压，做跨导功率放大，最终输出由编程确定的电流。
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