CN204065391U - 一种宽频电流互感器校验仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种宽频电流互感器校验仪，包括差流采样电阻、标准电流采样电阻、锁相放大器、数字万用表和误差计算器，所述锁相放大器包括分别与所述差流采样电阻两端连接的测量信号输入端、以及分别与所述标准电流采样电阻两端连接的参考信号输入端；所述数字万用表包括分别与所述标准电流采样电阻两端连接的输入端、以及与所述误差计算器的输入端连接的输出端；所述锁相放大器的输出端与所述误差计算器的另一输入端连接。这种互感器校验仪可应用于检定校准50Hz～3000Hz频率范围，准确度等级0.01级的宽频电流互感器。

Description

一种宽频电流互感器校验仪

技术领域：

本实用新型涉及一种校验仪，具体讲涉及一种宽频电流互感器校验仪。 

背景技术：

互感器校验仪是一种多功能与双参数交流测量仪器，主要用于检定各种类型与各种级别的电力互感器或仪用互感器及其附属设备的基本误差，并可以对有关电气计量设备进行多功能的性能测试，互感器校验仪是发展电力事业不可缺少的重要设备之一。因此，大力发展互感器校验装置，对提高互感器的研制和生产水平都具有重要意义。 

传统互感器校验仪采用测差式原理检定校准电流互感器，具体实现过程是将标准互感器与被检互感器的二次电流送入到互感器校验仪的差接电路，然后由取差环节送入到测量环节并与标准互感器的二次电流进行比较，从而给出被检互感器相对于标准互感器的比差和角差。这种方法由于以下原因只能用于工频(50Hz/60Hz)电流互感器的检定： 

(1)互感器校验仪的精度取决于其内含电导箱和电容箱的元件精度，用于高频时，由于杂散电感、电容的影响，会产生较大的误差； 

(2)使用的指零仪专门针对工频信号进行合适的滤波处理，以消除高频干扰，用于高频信号检零时，面临着非常复杂的滤波问题，难以实现； 

(3)一些自动数显式的互感器校验仪内部有针对工频信号的滤波电路，无法应用于高频信号； 

(4)互感器校验仪采用工频比例电源进行溯源，即使研制了以上原理的宽频互感器校验仪也面临着难以溯源的问题。 

另一种检定校准宽频电流互感器的方案是采用直接比较式原理，通过精密电阻将标准互感器和被校准互感器的二次电流转换为电压，用数据采集卡同步测量两路电压，然后计算比差和角差。由于数据采集卡精度的限制，这种互感器校验仪的准确度一般低于0.05％，只能应用于检定校准0.2级及以下的低等级互感器。 

实用新型内容：

为了克服现有技术中所存在的上述不足，本实用新型提供一种宽频电流互感器校验仪。 

本实用新型提供的技术方案是：一种宽频电流互感器校验仪，包括差流采样电阻、标准电流采样电阻、锁相放大器、数字万用表和误差计算器，其改进之处在于：所述锁相放大器包括分别与所述差流采样电阻两端连接的测量信号输入端、以及分别与所述标准电流采样电阻两端连接的参考信号输入端；所述数字万用表包括分别与所述标准电流采样电阻两端连接的输入端、以及与所述误差计算器的输入端连接的输出端；所述锁相放大器的输出端与所述误差计算器的另一输入端连接。 

优选的，所述校验仪分别与标准电流互感器和被测电流互感器连接。 

进一步，所述标准电流互感器一次绕组的同名端与所述被测电流互感器一次绕组的同名端连接，所述标准电流互感器二次绕组的同名端与所述被测电流互感器二次绕组的同名端连接；所述标准电流互感器一次绕组的非同名端与交流电流源的一端连接；所述被测电流互感器一次绕组的非同名端与所述交流电流源的另一端连接。 

进一步，所述标准电流互感器二次绕组的同名端分别与所述被测电流互感器二次绕组的同名端和差流采样电阻的一端连接，所述标准电流互感器二次绕组的非同名端与标准电流采样电阻的一端连接；所述被测电流互感器二次绕组的非同名端与负载电阻的一端连接，所述负载电阻的另一端分别与所述差流采样电阻的另一端和所述标准电流采样电阻的另一端连接。 

与最接近的技术方案相比，本实用新型具有如下有益效果： 

1、本实用新型提供的校验仪与标准电流互感器和被测电流互感器连接，可用于检定校准50Hz～3000Hz频率范围，准确度等级0.01级的宽频电流互感器。 

2、采用锁相放大器测量宽频率范围的微小差压信号，抗干扰能力强，解决了宽频电流互感器误差的测量难题，并易于实现溯源。 

3、标准电流互感器和被检电流互感器的二次电流回路连接为差流回路，差流采样电阻与锁相放大器相连，利用作差法和锁相放大器相结合，能精确测量微小信号。 

附图说明：

图1为校验仪原理图。 

图2为宽频电流互感器检定/校验原理图。 

图3为电压、电流向量图。 

其中：1—锁相放大器、2—标准电流采样电阻、3—差流采样电阻、4—数字万用表、5—误差计算器、6—标准电流互感器、7—被检电流互感器、8—交流电流源、9—负载。 

具体实施方式：

为了更好地理解本实用新型，下面结合说明书附图和实例，对本实用新型的内容做进一步地说明： 

如附图1所示，宽频电流互感器校验仪包括锁相放大器1、标准电流采样电阻2、差流采样电阻3、数字万用表4、误差计算器5。 

差流采样电阻3上的差压信号被送入锁相放大器1的测量输入端，将作差法和锁相放大器精确测量微小信号的特点相结合，利用锁相放大器来测量微小的差压信号。 

标准电流采样电阻2上的参考电压被送入锁相放大器1的参考输入端，同时通过数字万用表4测量其幅值，标准电流采样电阻与锁相放大器连接，可用于触发锁相放大器内部的鉴相器，进而锁定相位。 

锁相放大器1将差压信号相对于参考电压进行正交分解，并得到同相分量和正交分量的幅值。利用锁相放大器测量较宽频率范围的小信号，抗干扰能力强，为实现宽频电流互感器误差的测量做好了准备。 

误差计算器本身具有计算和显示误差的功能，本实用新型利用现有技术中误差计算器的计算和显示误差功能获取来自锁相放大器1和数字万用表4的数据，计算和显示误差。 

附图2为宽频电流互感器校验仪的检定/校准原理图。 

用于检定或校准宽频电流互感器时，标准电流互感器和被检电流互感器的二次电流回路连接为差流回路，被检互感器和标准互感器的二次电流差值流过差流采样电阻，差流被转化为差压信号，并作为锁相放大器的被测信号。 

图2中，标准电流互感器6和被检电流互感器7的一次、二次绕组的符号标识相同，分别用L₁-L₂和K₁-K₂表示，其中L₁、K₁分别为一次绕组和二次绕组的同名端，L₂、K₂分别为一次绕组和二次绕组的非同名端。标准电流互感器6和被检电流互感器7的一次绕组同名端相连，非同名端分别连接交流电流源8的输出。标准电流互感器6和被检电流互感器7的二次绕组同名端相连，并连接本实用新型的K端。标准电流互感器6的非同名端连接本实用新型的T₀端。被检电流互感器7的非同名端连接负载9的一端，负载9的另一端连接本实用新型的T_X端。 

假设交流电流源8输出的一次电流从标准电流互感器6的L₂端流入，从被检电流互感器7的L₂端流出。根据电流互感器同名端的定义，标准电流互感器6的二次电流I₀将从其二次绕组非同名端K₂流出，经端子T₀、标准电流采样电阻2、差流采样电阻3、端子K回到二次绕组同名端K₁。被检电流互感器7的二次电流I_X将从其二次绕组同名端K₁流出，经本实用新型的K端、差流采样电阻3、本实用新型的T_X端、负载9回到二次绕组非同名端K₂。标准电流采样电阻2将流过标准电流互感器6的二次电流I₀，并产生压降U，由数字万用表4测量其幅值。差流采样电阻3将流过差流(I_X-I₀)，并产生差压ΔU。充分利用了作差法和锁相放大器精确测量微小信号的优势。标准电流采样电阻2的阻值为R₁，差流采样电阻3的阻值为R₂，则有下式成立： 

U＝I₀R₁      (1) 

ΔU＝(I_X-I₀)R₂＝I_XR₂-I₀R₂    (2) 

上述电压、电流向量图如附图3所示，图中U_X和U_Y为锁相放大器1对差压ΔU向量相对于电压向量U进行分解得到的同相分量和正交分量，锁相放大器1输出这两个分量的幅值。 

误差计算器5获取来自锁相放大器1和数字万用表4的数据，计算和显示被检宽频电流互感器的比差和角差数据，如下式所示。 

$f=\frac{\sqrt{{(\frac{U}{R_1}{R}_2+U_X)}^2+{U_Y}^2}-\frac{U}{R_1}{R}_2}{\frac{U}{R_1}{R}_2}---\left(3\right)$

$\mathrm{\δ}=\arctan \left(\frac{U_Y}{\frac{U}{R_1}{R}_2+U_X}\right)---\left(4\right)$

另外，除了本实用新型提供的技术方案实现校验仪的设计，还可以采用锁相电路和相敏检测电路实现宽频电流互感器校验仪。 

以上仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在申请待批的本实用新型的权利要求范围之内。 

Claims (4)

1.一种宽频电流互感器校验仪，包括差流采样电阻、标准电流采样电阻、锁相放大器、数字万用表和误差计算器，其特征在于：所述锁相放大器包括分别与所述差流采样电阻两端连接的测量信号输入端、以及分别与所述标准电流采样电阻两端连接的参考信号输入端；所述数字万用表包括分别与所述标准电流采样电阻两端连接的输入端、以及与所述误差计算器的输入端连接的输出端；所述锁相放大器的输出端与所述误差计算器的另一输入端连接。

2.如权利要求1所述的一种宽频电流互感器校验仪，其特征在于：

所述校验仪分别与标准电流互感器和被测电流互感器连接。

3.如权利要求2所述的一种宽频电流互感器校验仪，其特征在于：

所述标准电流互感器一次绕组的同名端与所述被测电流互感器一次绕组的同名端连接，所述标准电流互感器二次绕组的同名端与所述被测电流互感器二次绕组的同名端连接；所述标准电流互感器一次绕组的非同名端与交流电流源的一端连接；所述被测电流互感器一次绕组的非同名端与所述交流电流源的另一端连接。

4.如权利要求3所述的一种宽频电流互感器校验仪，其特征在于：

所述标准电流互感器二次绕组的同名端分别与所述被测电流互感器二次绕组的同名端和差流采样电阻的一端连接，所述标准电流互感器二次绕组的非同名端与标准电流采样电阻的一端连接；所述被测电流互感器二次绕组的非同名端与负载电阻的一端连接，所述负载电阻的另一端分别与所述差流采样电阻的另一端和所述标准电流采样电阻的另一端连接。