CN104700977A - 电能表直流磁场发生装置及干扰试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电能表直流磁场发生装置及干扰试验装置，电能表直流磁场发生装置包括励磁机构和用于给励磁机构提供励磁电流的电流装置；励磁机构包括：条形结构的第一磁轭、缠绕在第一磁轭上的用于输入励磁电流的线圈、沿垂直于第一磁轭轴向方向的平面上周向分布的至少一个用于减少第一磁轭产生的磁通回路中的空气间隙的L型磁轭。干扰试验装置包括：如上所述的电能表直流磁场发生装置、电能表检定装置和上位机。本发明的电能表直流磁场发生装置及干扰试验装置解决了现有电能表直流磁场发生装置的励磁机构庞大、成本昂贵的技术问题，实现了电能表直流磁场发生装置中励磁机构的简单设计，降低了电能表直流磁场发生装置的成本。

Description

电能表直流磁场发生装置及干扰试验装置

技术领域

本发明涉及电能计量试验领域，特别地，涉及一种电能表直流磁场发生装置及干扰试验装置。

背景技术

在电能表的使用过程中，若有外界强磁场干扰,其会产生很大的计量误差。感应式电能表由于其电磁感应的工作原理，在受到强磁场干扰时，其中一些磁性器件如阻尼磁钢会出现退磁现象，造成永久性损坏；电子式电能表中常用的步进电机推动的字轮计度器受到强磁的影响会停止滚动和翻转，从而停止电能值的累计，另外，采样互感器在磁通饱和的状态下完全失效会导致很大的负误差。一些电力用户受利益的驱使，利用上述原理，通过在电能表上施加强磁场，造成电能表少计费或者不计费，从而进行窃电，这给国家造成相当大的经济损失，也妨害了计量的公正性。针对这一现象，国际法制计量组织电能表国际建议R46要求电能表在计量试验时必须进行200mT直流强磁场干扰试验，而国家电网公司近期制定的《智能电能表功能规范》也包含了该项试验内容，即给电能表施加200mT以内的直流强磁场，测量其计量误差。

参考图1，目前国内计量检定部门采用永磁体9作为直流磁场源，给干扰试验提供所需要大小的磁场，这是因为采用永磁铁能产生满足电能表干扰试验所需的不小于200mT磁场强度的直流磁场。采用永磁体作为磁场源通常存在如下问题：1、永磁铁的磁性会一直保持，一般在永磁铁表面的磁场强度在500mT以上，这将产生非常大的吸力，导致存在安全隐患，对永磁体的存储及应用要求也比较高；2、在靠近测试工作台、被测仪表、测试工具和零部件等铁磁性物质时，若不采取任何保护措施，测试人员取拿操作容易造成夹伤，并且对与永磁体表面接触的物体造成划痕，严重时可能造成损坏；3、永磁体工作环境的温度在一定范围内变化时，磁体的磁性会有所下降，而回到一定温度时这种变化是不可完全恢复的，且永磁体材料结构普遍脆弱，使用过程中又很难避免撞击，而撞击导致的损毁，会大大降低永磁体横截面一定位置的磁场强度；4、永磁铁产生的磁场强度为一定值，导致在不同磁场大小试验条件下的试验不够灵活。

针对采用永磁体作为干扰磁场源的问题，可以采用电流控制的磁场发生装置解决永磁铁作为磁场发生装置时出现的各种问题，但其代价是需要增加励磁电源功率或线圈匝数来产生满足电能表干扰试验所需要的较大磁场，从而导致电能表直流磁场发生装置的励磁机构庞大，成本昂贵。所以，亟需设计一种结构简单，成本低廉的能满足电能表干扰试验所需磁场的电能表直流磁场发生装置。

发明内容

本发明提供了一种电能表直流磁场发生装置及干扰试验装置，以解决现有通过增加励磁电源功率或线圈匝数来产生满足电能表干扰试验所需磁场而导致电能表直流磁场发生装置的励磁机构庞大，成本昂贵的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种电能表直流磁场发生装置，包括：

励磁机构和用于给励磁机构提供励磁电流的电流装置；

励磁机构包括条形结构的第一磁轭和缠绕在第一磁轭上的用于输入励磁电流的线圈；

励磁机构还包括沿垂直于第一磁轭轴向方向的平面上周向分布的至少一个用于减少第一磁轭产生的磁通回路中的空气间隙的L型磁轭，L型磁轭的端部与第一磁轭的端部连接构成U形结构。

进一步地，L型磁轭的数量为四个，四个L型磁轭沿垂直于第一磁轭轴向方向的平面上周向均匀分布。

进一步地，电流装置为直流电流标准源。

进一步地，电能表直流磁场发生装置还包括用于校准电能表直流磁场发生装置的磁场校准装置。

进一步地，磁场校准装置采用标准特斯拉计。

进一步地，标准特斯拉计包括用于检测电能表直流磁场发生装置的磁场的霍尔探头。

进一步地，第一磁轭、L型磁轭均采用纯铁材料制成。

根据本发明的另一方面，还提供了一种电能表直流磁场干扰试验装置，包括：

如上所述的电能表直流磁场发生装置、电能表检定装置和上位机；

上位机用于给电能表检定装置发送检定点的参数设定值以及给电能表直流磁场发生装置的电流装置发送干扰磁场强度设定值；

电能表检定装置，用于与被检电能表连接，给被检电能表提供检定电流和检定电压，并获取被检电能表的误差；

电能表直流磁场发生装置用于给被检电能表提供干扰磁场强度设定值大小的干扰磁场。

进一步地，电能表检定装置和电流装置均包括用于与上位机通信的RS232通讯接口。

本发明具有以下有益效果：

本发明的电能表直流磁场发生装置，通过对励磁机构增加减小第一磁轭产生的磁通回路中的空气间隙的L型磁轭，减小了第一磁轭产生的磁通回路中空气间隙的磁阻，在相同的励磁电源功率或线圈匝数情况下能提供更大的磁场强度，从而不需要增加励磁电源功率或线圈匝数来产生满足电能表干扰试验所需磁场，解决了现有电能表直流磁场发生装置的励磁机构庞大、成本昂贵的技术问题，实现了电能表直流磁场发生装置中励磁机构的简单设计，降低了电能表直流磁场发生装置的成本。

本发明的电能表直流磁场干扰试验装置，通过上位机给电能表检定装置发送检定点的参数设定值和给电能表直流磁场发生装置的电流装置发送干扰磁场设定值，解决了现有电能表直流磁场干扰试验不能自动检定的技术问题，实现了干扰试验的自动检定，提高了电能表直流磁场干扰试验的自动化和智能化。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有技术采用永磁体作为直流磁场源的电能表干扰试验装置的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的电能表直流磁场发生装置的结构示意图；

图3是现有技术采用永磁体作为直流磁场源时距离永磁体端面30mm处平面磁场分布图；

图4是本发明优选实施例的电能表直流磁场发生装置在距离励磁机构纯铁端面30mm处的平面磁场分布图；

图5是本发明优选实施例的电能表直流磁场干扰试验装置的结构框图。

附图标记：

1、第一磁轭；2、L型磁轭；3、直流电流标准源；4、线圈；5、被检电能表；6、电能表检定装置；7、励磁机构；8、上位机；9、永磁铁。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图2，本发明的优选实施例提供了一种电能表直流磁场发生装置，包括：励磁机构7和用于给励磁机构7提供励磁电流的电流装置；励磁机构7包括条形结构的第一磁轭1和缠绕在第一磁轭1上的用于输入励磁电流的线圈4；励磁机构7还包括沿垂直于第一磁轭1轴向方向的平面上周向分布的至少一个用于减少第一磁轭1产生的磁通回路中的空气间隙的L型磁轭2，L型磁轭2的端部与第一磁轭1的端部连接构成U形结构。

本发明的电能表直流磁场发生装置，通过对励磁机构增加减小第一磁轭产生的磁通回路中的空气间隙的L型磁轭，减小了第一磁轭产生的磁通回路中空气间隙的磁阻，在相同的励磁电源功率或线圈匝数情况下能提供更大的磁场强度，从而不需要增加励磁电源功率或线圈匝数来产生满足电能表干扰试验所需磁场，解决了现有电能表直流磁场发生装置的励磁机构庞大、成本昂贵的技术问题，实现了电能表直流磁场发生装置中励磁机构的简单设计，降低了电能表直流磁场发生装置的成本。

为近似模拟永磁体磁场分布，达到试验干扰磁场强度要求，本实施例的L型磁轭2的数量为四个，四个L型磁轭2沿垂直于第一磁轭1轴向方向的平面上周向均匀分布。采用包括用于减小第一磁轭1产生的磁通回路中的空气间隙的L型磁轭2的励磁机构7，满足在相同的励磁电源功率或线圈匝数情况下能提供更大的磁场强度的原理如下：

根据电流与磁场关系，可以得到磁通与电流的关系为：

其中，代表磁通，N代表线圈匝数，I代表励磁电流，R_m代表磁通回路磁阻。

而公式(1)中的磁阻R_m由铁芯的磁阻和空气间隙的磁阻组成，表示如下：

$R_m=\frac{L_m}{\mathrm{\μS}}+\frac{L_a}{{\mathrm{\μ}}_{0}S}---\left(2\right)$

其中，L_m代表铁芯有效磁路长度，L_a代表空气间隙，μ代表铁芯磁导率，μ₀代表真空磁导率，S代表横截面积。

当铁芯工作点磁感比较低时，铁芯磁导率μ>>μ₀，空气间隙的磁阻远远大于铁芯的磁阻，所以公式(2)近似的可用公式(3)表示：

$R_m=\frac{L_a}{{\mathrm{\μ}}_{0}S}---\left(3\right)$

从而可以得到，空气间隙中的磁场强度H为：

由于铁芯端面的磁力线向四周发散，从而可以在铁芯横截面中心轴距离表面一定位置，将霍尔探头感应面与铁芯端面平行时的测量值作为磁感应强度B测量值，磁感应强度B与磁场强度H的关系为：

B＝μ₀H     (5)

基于以上原理，在横截面积S一定的情况下，若需使励磁机构7产生的磁场强度H更大，可以通过增加励磁电源功率或线圈匝数，或者减小磁通回路中的R_m(即L_a)，这两种方式都能有效增大磁场强度H，但采用增加励磁电源功率或线圈匝数达到较大磁场强度的成本远远大于减小磁阻达到较大磁场强度的方式。本实施例通过对励磁机构7进行特殊设计，从而缩短了空气间隙L_a，最终能满足在相同的励磁电源功率或线圈匝数情况下能提供更大的磁场强度，从而不需要增加励磁电源功率或线圈匝数来产生满足电能表干扰试验所需磁场。

现有的用于电能表干扰试验装置中的励磁机构7一般只采用第一磁轭1，由于第一磁轭1和空气间隙组成的磁通回路中的磁场需要以增加励磁电源功率或线圈匝数为代价才能产生满足电能表干扰试验所需磁场，这种方式结构复杂，成本昂贵。因此本实施例在第一磁轭1的基础上增加了减小第一磁轭1产生的磁通回路中的空气间隙的L型磁轭2，从而能在相同的励磁电源功率或线圈匝数情况下提供满足电能表直流磁场干扰试验所需强度的磁场。本实施例的第一磁轭1和L型磁轭2也可以采用其他的组合形状配合，只要L型磁轭2能减小第一磁轭1产生的磁通回路中的空气间隙，使得磁通回路中空气间隙的磁阻减小即可。

可选地，L型磁轭2的数量为四个，四个L型磁轭2沿垂直于第一磁轭1轴向方向的平面上周向均匀分布。为了更好的模拟现有技术采用的永磁体作为直流磁场源时的磁场分布特性，本实施例采用四个沿垂直于第一磁轭1轴向方向的平面上周向均匀分布的L型磁轭2，通过设置均匀分布的四个L型磁轭2，能完全模拟出满足永磁铁的强度和磁场分布特性。

参考图3，图3为现有技术采用50mm×50mm永磁体作为直流磁场源时距离永磁体端面30mm处的平面磁场分布图；参考图4，图4为本发明优选实施例的电能表直流磁场发生装置模拟50mm×50mm永磁体时在距离励磁机构纯铁端面30mm处的平面磁场分布图。对比图3和图4可知，本实施例的励磁机构7能近似模拟50mm×50mm永磁体磁场的分布，并且能达到国际法制计量组织R46国际建议中提到的电能表干扰磁场强度200±30mT要求。为近似模拟50mm×50mm永磁体的磁场分布，需制作比线圈宽50mm的凸台。

可选地，电流装置为直流电流标准源3。本实施例的直流电流标准源3通过高精度标准电阻、标准电压表进行溯源，电流精度高、稳定性好，从而决定了磁场的高稳定性。通过采用直流电流标准源3给励磁机构7励磁电流，可以实现对磁场的调控，当需要实现电能表直流磁场干扰试验所需要的磁场时，可以通过直流电流标准源3根据磁场校准系数换算成电流值，并输出电流至励磁机构7，励磁机构7产生电能表干扰试验所需要的磁场。一方面，采用该种通过电流对磁场进行调控的方式能方便灵活的为干扰试验提供多组不同的检定磁场，另一方面，当试验结束后，只需要关闭直流电流标准源3就能使励磁机构7的直流磁场消失，不会对人和设备产生影响，安全系数高。

可选地，电能表直流磁场发生装置还包括用于校准电能表直流磁场发生装置的磁场校准装置。本实施例采用的磁场校准装置为标准特斯拉计，且标准特斯拉计包括用于检测磁场大小的霍尔探头。本实施例中的直流电流标准源3当对励磁机构7施加一定电流时，励磁机构7突出铁芯端面能产生与该电流对应的磁场。由于实际试验过程中需要输出设定的磁场强度，所以需要校准磁场。本实施例使用标准特斯拉计作为磁场校准标准表，在铁芯横截面中心轴距离表面30mm的位置，放置霍尔探头并确保探头感应面与铁芯端面平行，调节电流输出使该位置的磁场强度为200mT，并进行校准，校准数据保存在直流标准源设备中。根据校准之后的电流与磁场强度的对应关系，通过设备控制按键就可调节磁场大小并输出，实现该处磁场强度在0～230mT内任意调整。

可选地，第一磁轭1、L型磁轭2均采用纯铁材料制成。本实施例采用纯铁材料制作铁芯可以避免因撞击所导致的磁场强度下降问题，且采用本实施例的励磁机构7所产生的磁场强度不会受环境温度影响。

参照图5，根据本发明的另一方面，还提供一种电能表直流磁场干扰试验装置，包括：如上所述的电能表直流磁场发生装置、电能表检定装置6和上位机8；上位机8用于给电能表检定装置6发送检定点的参数设定值以及给电能表直流磁场发生装置的电流装置发送干扰磁场强度设定值；电能表检定装置6，用于与被检电能表5连接，给被检电能表5提供检定电流和检定电压，并获取被检电能表5的误差；电能表直流磁场发生装置用于给被检电能表5提供干扰磁场强度设定值大小的干扰磁场。其中，检定参数包括电流、电压、功率因素、频率等等，干扰磁场强度设定值为进行电能表磁场干扰试验所需要的干扰磁场值。

本实施例的电能表直流磁场干扰试验装置，通过上位机给电能表检定装置发送检定点的参数设定值和给电能表直流磁场发生装置的电流装置发送干扰磁场设定值，解决了现有电能表直流磁场干扰试验不能自动检定的技术问题，实现了干扰试验的自动检定，提高了电能表直流磁场干扰试验的自动化和智能化。具体地，上位机8给电流装置发送干扰磁场强度设定值，电流装置提供与干扰磁场强度设定值对应的励磁电流给电能表直流磁场发生装置的励磁机构，励磁机构从而产生干扰磁场强度设定值大小的干扰磁场作为被检电能表5的干扰磁场，而且该干扰磁场大小随上位机给定可在一定范围内任意调控，同时电能表检定装置6给被检电能表5提供检定电流和检定电压，并获取被检电能表5在设定的干扰磁场强度大小情况下的误差。

可选地，电能表检定装置6和电流装置均包括用于与上位机8通信的RS232通讯接口。可选地，本实施例还可以通过其他通讯方式例如RS485或无线通讯等方式进行通讯。

当需要进行一块检定要求为AC220V/10A，功率因素为1.0，直流磁场150mT的单相电能表的干扰试验时，首先根据检定需求通过上位机8软件生成检定项目，开始检定之后，上位机8通过RS232通讯对电能表检定装置6发送检点的参数设定值，电能表检定装置6输出相应的检定电压、检定电流至电能表，并读到电能表电能脉冲，同时上位机8通过RS232通讯对直流电流标准源3发送磁场强度值，直流电流标准源3根据磁场校准系数换算成电流值，并输出电流至励磁机构7，励磁机构7产生磁场，并影响电能表的计量。上位机8通过电能表检定装置6读到相应误差值，检定过程完成后，上位机8发送检定电压、检定电流、磁场强度归零信号给相应设备。检定结束后，自动生成检定结果报表。通过采用上位机8给电能表检定装置6发送检定参数值以及给电流装置发送干扰磁场强度设定值可以实现电能表干扰试验的全自动检定，提高了电能表直流磁场干扰试验装置的自动化和智能化程度。除此之外，本实施例的上位机8还能对电能表检定装置6和直流电流标准源3的数据进行读取、存储和管理，并打印成报表，从而大大提高了检定效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电能表直流磁场发生装置，其特征在于，包括：

励磁机构(7)和用于给所述励磁机构(7)提供励磁电流的电流装置；

所述励磁机构(7)包括条形结构的第一磁轭(1)和缠绕在所述第一磁轭(1)上的用于输入所述励磁电流的线圈(4)；其特征在于，

所述励磁机构(7)还包括沿垂直于所述第一磁轭(1)轴向方向的平面上周向分布的至少一个用于减少所述第一磁轭(1)产生的磁通回路中的空气间隙的L型磁轭(2)，所述L型磁轭(2)的端部与所述第一磁轭(1)的端部连接构成U形结构。

2.根据权利要求1所述的电能表直流磁场发生装置，其特征在于，

所述L型磁轭(2)的数量为四个，四个所述L型磁轭(2)沿垂直于所述第一磁轭(1)轴向方向的平面上周向均匀分布。

3.根据权利要求2所述的电能表直流磁场发生装置，其特征在于，

所述电流装置为直流电流标准源(3)。

4.根据权利要求3所述的电能表直流磁场发生装置，其特征在于，

所述电能表直流磁场发生装置还包括用于校准所述电能表直流磁场发生装置的磁场校准装置。

5.根据权利要求4所述的电能表直流磁场发生装置，其特征在于，

所述磁场校准装置采用标准特斯拉计。

6.根据权利要求5所述的电能表直流磁场发生装置，其特征在于，

所述标准特斯拉计包括用于检测所述电能表直流磁场发生装置的磁场的霍尔探头。

7.根据权利要求6所述的电能表直流磁场发生装置，其特征在于，

所述第一磁轭(1)、所述L型磁轭(2)均采用纯铁材料制成。

8.一种电能表直流磁场干扰试验装置，其特征在于，包括：

如权利要求1-7任一所述的电能表直流磁场发生装置、电能表检定装置(6)和上位机(8)；

所述上位机(8)用于给所述电能表检定装置(6)发送检定点的参数设定值以及给所述电能表直流磁场发生装置的电流装置发送干扰磁场强度设定值；

所述电能表检定装置(6)，用于与被检电能表(5)连接，给所述被检电能表(5)提供检定电流和检定电压，并获取所述被检电能表(5)的误差；

所述电能表直流磁场发生装置用于给所述被检电能表(5)提供所述干扰磁场强度设定值大小的干扰磁场。

9.根据权利要求8所述的电能表直流磁场干扰试验装置，其特征在于，

所述电能表检定装置(6)和所述电流装置均包括用于与所述上位机(8)通信的RS232通讯接口。