CN105372614A - 电子式自动调零方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子式自动调零方法及装置，方法包括步骤：1)将标准互感器测试的零位电压进行采样、放大、滤波后由单片机处理后显示；2)测量补偿互感器的二次电流信号，分离出同相分量和正交分量并调节大小；3)将同相分量和正交分量的信号相加后，合成功放控制电路的驱动电压，输出不同相位、不同伏值的电流信号，对补偿互感器的二次电流信号进行补偿，同时标准互感器零位测试端显示零电压；4)最后对互感器校验仪读数，完成测试试验。装置包括零位检测单元、控制单元、功率调节补偿单元和单片机。本发明替代传统的手动调零装置和指零仪，实现全自动有功和无功负载补偿调节，电压相位可调，输出极性正负可调，调节速度快、零位精准。

Description

电子式自动调零方法及装置

技术领域

本发明涉及电能计量技术领域，具体涉及一种全自动有功和无功负载补偿调节的电子式自动调零方法及装置。

背景技术

在各省级电力实验研究所、省级计量局及部分地区供电局中，为了检定高精度的电流标准互感器，双级电流互感器和比较仪式电流互感器被广泛用作标准互感器。由于标准互感器检定的工作量大，测量精度高，数据处理繁杂，对检定人员的要求高，为适应现代需要和便于计算机信息处理，智能化成为电流标准互感器校验仪未来的发展趋势和研究热点。

目前，国家高电压计量站校验高精密电流互感器时，使用的校验系统通常采用比较仪式标准电流互感器、手动调零装置、指针式指零仪、手动负载箱和电工式校验仪等校验设备，在互感器检定过程中，当调整调压器升流至规程检定电流点，然后手动调整调零装置各个档位盘，调整补偿互感器负载，同时观察指零仪指针状态，使其指到零位，然后提高指零仪的显示精度，再次手动调整调零装置各个档位盘，使指零仪指零，直至满足精度要求为止。使用的调零装置和指零仪是全电工式的，使用时需反复扭动左右共十组开关，调节输出正交补偿量和同相补偿量，同时要观察指零仪的指针摆动方向是否到零位，整个检定过程自动化程度低，调节时间长，劳动强度大，操作复杂，工作效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有校验系统存在的上述不足之处，提供一种全自动有功和无功负载补偿调节的电子式自动调零方法及装置，对互感器测量系统进行磁通补偿，使标准互感器达到磁平衡的作用，相位可调、极性可变。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

电子式自动调零方法，包括如下步骤：

1)将标准互感器测试的零位电压进行采样、放大、滤波后由单片机处理后显示零位电压状态，根据零位电压的大小自动调节零位电压的分辨率(灵敏度)；

2)当试验电流上升到某一点时，测量补偿互感器的二次电流信号，并将采集到的二次电流信号放大、滤波、正交处理，送入到单片机作为调节基准，调节基准包括同相分量和正交分量，根据步骤1)中零位电压的大小调节同相分量和正交分量的大小；

3)将步骤2)中同相分量和正交分量的信号的数字控制量通过DA控制系统转成模拟控制信号后相加混合，合成功放控制电路的驱动电压，通过功放控制电路输出不同相位、不同伏值的电流信号，对补偿互感器的二次电流信号进行补偿，使得标准互感器达到零磁通，同时标准互感器零位测试端显示零电压。

本发明还提供了一种电子式自动调零装置，包括零位检测单元、控制单元、功率调节补偿单元和单片机：

所述零位检测单元包括零位信号采样模块、第一放大电路和第一滤波电路，零位信号采样模块依次与第一放大电路和第一滤波电路连接后接至单片机，零位检测单元用于通过零位信号采样模块监测互感器测量系统的零位电压状态(零位信号)，经第一放大电路放大和第一滤波电路滤波，然后通过单片机计算其电位值，判断是否为零位状态；

所述控制单元包括基准信号采样模块、第二放大电路、第二滤波电路、90°移相模块、正交跟随模块和同相跟随模块，基准信号采样模块依次与第二放大电路、第二滤波电路连接后分支两路，一路接入90°移相模块、正交跟随模块后接至单片机，另一路接入同相跟随模块后接至单片机；控制单元用于给输出电源提供相位和幅值可调节的、稳定可靠的驱动电压；

所述功率调节补偿单元包括DA控制系统、同相正交信号混合模块和功率输出模块，单片机的输出端依次与DA控制系统、同相正交信号混合模块和功率输出模块连接，功率调节补偿单元用于输出功率调节电压，对互感器测量系统进行补偿；

所述单片机用于将零位电压进行处理计算并显示零位状态值，同时按照调零程序的逻辑顺序输出调节数字信号，对DA控制系统进行控制。

按上述方案，所述同相正交信号混合模块为加法器电路。

本发明的工作原理：以比较仪式标准电流互感器为标准，通过自动调零装置自动完成调零，使得比较仪式标准电流互感器最终达到零磁通，再通过电流互感器校验仪读出被测互感器的误差，最终传送给单片机处理。本装置尤其适用于实验室内工频比例标准检定标准互感器试验回路中，工作中零位检测单元检测到补偿互感器非零位信号后，控制单元将自动调节输出的补偿量，使系统达到磁平衡。

本发明的有益效果在于：

1)完全替代传统的手动调零装置和指零仪，结合电磁兼容技术和工艺控制技术，通过控制实现全自动有功和无功负载补偿调节，电压0～150V可调，电压相位为0～360度可调，输出极性正负可调，输出电流为0.5A，输出功率最大75VA，调节和显示分辨率为0.01mV，调节速度快、零位精准，大大提高工作效率和测量性能可靠性；

2)本发明在工作时，当检测到互感器测量系统的零位检测端不等于零电压时，自动交叉调节输出正交分量和同相分量，使互感器测量系统零位电压保持零状态；

3)本调零装置配合比较仪式互感器检定装置，可实现自动升压自动定点、自动测试和数据保存、分析、打印等全自动功能，可以最大限度的提高工作效率。

附图说明

图1是电子调零补偿理论原理图；

图2是电子调零电路原理框图；

图3是本发明电子式自动调零装置原理框图；

图4是本发明电子式自动调零装置控制原理流程图。

具体实施方式

下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

电子调零补偿理论原理如图1所示，通过调节第一补偿互感器CT1二次绕组负载，影响CT1一次激磁电流，使互感器校验系统标准互感器接近零磁通，实现比较仪式标准互感器做检验标准时能达到理想的测量效果和测量精度。当试验电流升到规定测试点时，CT1的二次电流I1流过第二补偿互感器CT2，CT2流过的电流I2与I1大小相等、方向相同，通过功放控制电路跟踪和调节CT2电压，使V和V0点电压变化，此时，CT1二次V与V0间的负荷P＝V*I2，通过调节压控电源的相位和伏值，改变V点电压和相位，从而改变CT1二次V与V0间的负荷的功率和功率因数。

电子调零电路原理框图如图2所示，在互感器测试过程中，将标准互感器测试的零位电压进行采样、放大、滤波后由单片机处理后显示零位状态，根据零位电压的大小自动调节零位电压的分辨率(灵敏度)。当电流上升到被测的百分点时，开始进入测量状态，将采集到的补偿互感器二次电流信号放大、滤波、正交处理，通过DA控制系统分离出同相分量和正交分量，根据零位电压的大小调节同相分量和正交分量的大小，将同相分量和正交分量的信号相加后，合成功放控制电路的驱动电压，通过功放控制电路输出不同相位、不同伏值的电流信号，对补偿互感器的二次电流信号进行补偿，使得互感器测量回路达到零磁通，同时标准互感器零位测试端显示零电压。最后对互感器校验仪读数，完成测试试验。

本发明所述的电子式自动调零装置，包括零位检测单元、控制单元、功率调节补偿单元和单片机：所述零位检测单元包括零位信号采样模块、第一放大电路和第一滤波电路，零位信号采样模块依次与第一放大电路和第一滤波电路连接后接至单片机，零位检测单元用于通过零位信号采样模块监测互感器测量系统的零位电压状态(零位信号)，经第一放大电路放大和第一滤波电路滤波，然后通过单片机计算其电位值，判断是否为零位状态；所述控制单元包括基准信号采样模块、第二放大电路、第二滤波电路、90°移相模块、正交跟随模块和同相跟随模块，基准信号采样模块依次与第二放大电路、第二滤波电路连接后分支两路，一路接入90°移相模块、正交跟随模块后接至单片机，另一路接入同相跟随模块后接至单片机；控制单元用于给输出电源提供相位和幅值可调节的、稳定可靠的驱动电压；所述功率调节补偿单元包括同相正交信号混合模块和功率输出模块，单片机的输出端依次与同相正交信号混合模块和功率输出模块连接，功率调节补偿单元用于输出功率调节电压，对互感器测量系统进行补偿。

参照图3所示，零位电压状态(零位信号)通过J端子进入零位检测单元的零位信号采样模块，再经0～262144倍的第一放大电路和二级滤波的第一滤波电路放大滤波后，进入单片机通过AD转换后计算、判断和处理。基准信号通过Tx和To端子进入控制单元的基准信号采样模块，再经过第二放大电路和第二滤波电路进行放大和滤波，一路信号为同相信号，同相信号进入单片机通过DA转换后进入同相正交信号混合模块(加法器电路)；另一路信号为正交信号，正交信号通过90°移相及正交跟随后再进入单片机经DA转换进入同相正交信号混合模块(加法器电路)，混合后的信号幅值和相位分别可调。

DA控制系统输出的模拟控制电压信号进入功放控制电路，输出电压为输入信号的N倍，输出电压的相位和幅值随输入信号的变化而变化，输出电压范围为0～150V(最大输出电压150V)，电压相位为0～360度可调，输出极性正负可调，输出电流为0.5A，输出功率最大75VA，调节和显示分辨率为0.01mV。

本发明电子式自动调零装置接入互感器测量系统后，实时监测比较仪式标准互感器的零位端的磁通状态，当标准互感器非磁平衡时，零位端子即产生零位电压，调零装置采集到零位电压后，通过单片机控制调节补偿互感器补偿量，使标准互感器达到磁平衡。电子式自动调零装置控制原理流程如图4所示。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (3)

1.电子式自动调零方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将标准互感器测试的零位电压进行采样、放大、滤波后由单片机处理后显示零位电压状态；

2)当试验电流上升到某一点时，测量补偿互感器的二次电流信号，并将采集到的二次电流信号放大、滤波、正交处理，送入到单片机作为调节基准，调节基准包括同相分量和正交分量，根据步骤1)中零位电压的大小调节同相分量和正交分量的大小；

3)将步骤2)中同相分量和正交分量的信号的数字控制量通过DA控制系统转成模拟控制信号后相加混合，合成功放控制电路的驱动电压，通过功放控制电路输出不同相位、不同伏值的电流信号，对补偿互感器的二次电流信号进行补偿，使得标准互感器达到零磁通，同时标准互感器零位测试端电压接近零电压。

2.电子式自动调零装置，其特征在于，包括零位检测单元、控制单元、功率调节补偿单元和单片机：

所述零位检测单元包括零位信号采样模块、第一放大电路和第一滤波电路，零位信号采样模块依次与第一放大电路和第一滤波电路连接后接至单片机，零位检测单元用于通过零位信号采样模块监测互感器测量系统的零位电压状态，经第一放大电路放大和第一滤波电路滤波，然后通过单片机计算其电位值，判断是否为零位状态；

所述控制单元包括基准信号采样模块、第二放大电路、第二滤波电路、90°移相模块、正交跟随模块和同相跟随模块，基准信号采样模块依次与第二放大电路、第二滤波电路连接后分支两路，一路接入90°移相模块、正交跟随模块后接至单片机，另一路接入同相跟随模块后接至单片机；控制单元用于给输出电源提供相位和幅值可调节的、稳定可靠的驱动电压；

所述功率调节补偿单元包括DA控制系统、同相正交信号混合模块和功率输出模块，单片机的输出端依次与DA控制系统、同相正交信号混合模块和功率输出模块连接，功率调节补偿单元用于输出功率调节电压，对互感器测量系统进行补偿；

所述单片机用于将零位电压进行处理计算并显示零位状态值，同时按照调零程序的逻辑顺序输出调节数字信号，对DA控制系统进行控制。

3.如权利要求2所述的电子式自动调零装置，其特征在于，所述同相正交信号混合模块为加法器电路。