CN213517523U - 一种宽频宽量程电流互感器的误差校准系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的宽频宽量程电流互感器的误差校准系统，包括：宽频宽量程的标准互感器，宽频大电流发生装置，宽频宽量程互感器校验仪；宽频大电流发生装置为待测宽频宽量程电流互感器的一次侧和宽频宽量程标准互感器的一次提供工作电流；宽频宽量程互感器校验仪采集标准互感器二次侧的标准电流信号和待测宽频宽量程电流互感器二次侧的待测电流信号并进行数据预处理得到可运算的数字信号，并进行误差计算获得待测宽频宽量程电流互感器的误差；宽频宽量程互感器校验仪采用多档位霍尔传感器，采样系统也具备量程切换能力，从而扩大了电流测量的范围，并且保证了低电流信号的采样精度，具备更宽范围的频率适应性。

Description

一种宽频宽量程电流互感器的误差校准系统

技术领域

本实用新型涉及误差计量技术领域，具体涉及一种宽频宽量程电流互感器的误差校准系统。

背景技术

随着电力电子设备的广泛应用，在电力系统的某些特殊场合，负荷的变化范围非常大、频带较宽。例如在国内迅猛发展的高铁具有速度快，牵引力大，无直接污染等特点，牵引变电站把公共网的高压电源变换成适合电力机车使用的电源。当有电力机车通过时，通过牵引变电站的电流基本可以达到额定值甚至更高，而在电力机车通过后的时间段内，通过牵引变电站的电流很小。对于负荷变化比较大的特殊场合，传统的电流互感器已经不能满足计量的需要，因此，宽频宽量程电流互感器将得到越来越广泛的应用，由于宽频宽量程电流互感器具有量程宽、频率广的特点，传统电流互感器校准方法(仅针对电流互感器额定电流的1％-120％)难以简单移植应用于宽频宽量程电流互感器的误差校准，因此，需要针对宽频宽量程电流互感器设计相应的误差校准方法。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种宽频宽量程电流互感器的误差校准系统，用于完成对宽频宽量程电流互感器的误差检定或校准。

本实用新型通过下述技术方案实现：

本方案提供一种宽频宽量程电流互感器的误差校准系统，包括：宽频宽量程的标准互感器，宽频大电流发生装置，宽频宽量程互感器校验仪；

所述宽频宽量程互感器校验仪由多档位霍尔传感器A，多档位霍尔传感器B，宽频宽量程的标准互感器，数据处理模块A，数据处理模块B和计算模块构成；

宽频宽量程的标准互感器一次侧与待测宽频宽量程电流互感器的一次侧串接后连接在宽频大电流发生装置两端；宽频宽量程的标准互感器二次侧连接多档位霍尔传感器A，待测宽频宽量程电流互感器二次侧连接多档位霍尔传感器B；

多档位霍尔传感器A采集宽频宽量程的标准互感器二次侧的标准电流信号并进行转换输出与之成比例的标准小电流信号；多档位霍尔传感器B采集待测宽频宽量程电流互感器二次侧的待测电流信号并进行转换输出与之成比例的待测小电流信号；

数据处理模块A将标准小电流信号转化成标准小电压信号并进行放大后转换成数字信号输出给计算模块；数据处理模块B将待测小电流信号转化成待测小电压信号并进行放大后转换成数字信号输出给计算模块；

计算模块基于数据处理模块A和数据处理模块B输出的数据进行误差计算得到获得待测宽频宽量程电流互感器的误差。

进一步优化方案为，所述数据处理模块A或B包括：采样电阻，程控运放模块，AD转换模块，底层32位微机和嵌入式32位微机；所述程控运放模块将采集的小电压信号进行指定倍数放大；

采样电阻将多档位霍尔传感器A和多档位霍尔传感器B采集的小电流信号转换成小电压信号；

AD转换模块将程控运放模块放大后的电压信号转换成数字信号输出；

底层32位微机控制数据处理模块A和数据处理模块B同时采样，并将经AD转换模块输出的数字信号转换成可运算的数据传输给嵌入式32位微机；

嵌入式32位微机对底层32位微机传输来的数字信号进行数字滤波、积分运算、误差计算后得出待测宽频宽量程电流互感器的误差。

在宽频宽量程互感器校验仪内：标准电流信号经过采样电阻R1和运放A1组成的标准电流采样回路，输出与标准电流成比例的标准小电压信号；

被测电流信号经过采样电阻R2和运放A2组成的待测电流采样回路，输出与待测电流成比例的被测小电压信号。

标准小电压信号经过AD1转换成标准数字信号；

被测小电压信号经过AD2转换成待测数字信号。

FPGA(底层32位微机)控制AD1转换模块和AD2转换模块同时采样，并读取AD1转换模块转换出的标准数字信号和AD2转换模块转换出的标准数字信号、将标准数字信号和标准数字信号转换成可运算的数据格式送入嵌入式32位微机中。可运算的数据在嵌入式32位微机中进行数字滤波、傅里叶运算、误差计算等过程得出被测互感器的误差数据，嵌入式32位微机最终并将结果和相关数据送到人机界面。在人机界面中将波形、有效值、误差等相关信息显示出来。

进一步优化方案为，AD转换模块通过SPI总线将数字信号输出给底层32位微机。

进一步优化方案为，所述采样电阻用于将标准小电流信号/待测小电流信号转换成标准小电压信号/待测小电压信号，输出到程控运放模块，采样电阻采用高精度、低温飘的精密电阻。

进一步优化方案为，所述多档位霍尔传感器由选择器开关和宽频传感器组成，所述宽频传感器有多个输入端子；

选择器开关的输入端连接宽频宽量程的标准互感器或待测宽频宽量程电流互感器、选择器开关的输出端选择接入宽频传感器的一个输入端子。

进一步优化方案为，所述选择器开关由多路大电流继电器及其驱动电路组成。

选择器开关K1和K2采用多路大电流继电器及其驱动电路组成，用于接入标准电流信号，根据FPGA(底层32位微机)的控制信号，将标准电流信号接通到宽频传感器的端子上；宽频传感器采用高精度多档位的霍尔传感器模块，用于对标准电流信号进行转换，输出与之成比例的标准小电流信号给采样电阻。

进一步优化方案为，所述宽频宽量程互感器校验仪还包括人机交互模块，人机交互模块用于参数设置、图形和数据显示。

所述宽频宽量程的标准互感器采用零磁通电流互感器技术，在额定电流0.1％～200％范围内提供不低于0.05级的准确度。

程控运放模块采用放大倍数可控的运算放大器，根据FPGA的控制信号对标准小电压信号/待测小电压信号进行指定倍数放大，并将放大后的信号输出给AD模块；

AD模块采用宽频带、高精度24bitADC芯片为核心器件，和差分电路等辅助电路组成高精度模数转换电路，根据FPGA(底层32位微机)的配置指令对程控运发模块输出的标准电压信号/待测电压信号进行模拟数字转换，通过SPI总线将其转换成数字信号输出给底层32位微机；

FPGA(底层32位微机)采用Intel公司高性能FPGA芯片，用硬件描述语言在FPGA中生成AD模块控制器、运放控制器、开关控制器，用于对AD1模块、AD2模块、选择开关K1、选择开关K2、程控运放模块A1、程控运放模块A2等各模块工作状态的控制和信息交互，并对从模块中取得的数据进行预处理，再通过并行总线与嵌入式32位微机进行数据交互；

嵌入式32位微机采用意法半导体公司的ARM芯片，通过并行总线FSMC与底层32位微机进行数据交互，根据人机交互模块指令对数据进行运算处理，将运算结果输出给人机交互模块；人机交互模块：采用windows操作系统，提供丰富的信息显示界面，用于参数设置、图形和数据显示。

基于宽频宽量程电流互感器的误差校准系统，本实用新型还提供对应方法，包括以下步骤：

S1.使宽频大电流发生装置为待测宽频宽量程电流互感器的一次侧和宽频宽量程标准互感器的一次提供工作电流；

S2.宽频宽量程互感器校验仪采集标准互感器二次侧的标准电流信号和待测宽频宽量程电流互感器二次侧的待测电流信号并进行数据预处理得到可运算的数字信号；

S3.宽频宽量程互感器校验仪基于可运算的数字信号进行误差计算获得待测宽频宽量程电流互感器的误差。

现有电流互感器校验仪工作电流为工频50Hz，对50Hz附近的频率具有很好的适应能力，但是对于低频和高频信号会随着频率远离工频适应能力而逐渐下降，会出现电通过率逐渐下降至0％；且在现有的电流互感器校验仪中，为了提高仪器的稳定性和精度，仪器的电流输入端通常采用多抽头电流互感器设计。电流互感器的频率适应性比较差，非50Hz的高频和低频信号通过电流互感器都会发生衰减；而宽频宽量程电流互感器在电流输入端采用的是利用霍尔效应制作的一种霍尔传感器，霍尔传感器输出只与输入电流大小有关，而与频率无关，因此宽频宽量程具备宽范围的频率适应性，宽频宽量程互感器校验仪则对直流至高频都具有很好的适应性。

现有电流互感器校验仪工作电流输入范围通常为0-6A，且在0.001A电流情况下校验精度难以保证；而宽频宽量程互感器校验仪工作电流输入范围大于0-10A，在0.001A处仍有很高的精度。

现有的电流互感器校验仪为了保证测量精度，通常利用电流互感器将不同大小输入电流转换成指定范围的电流信号，使得采样系统的输入信号保持在一定范围，这样可以有效减少采样误差。仪用电流互感器由于体积限制，不会有很多抽头，这就导致电流互感器的测量范围受到限制，过大的输入电流会导致信号削顶，过小的输入电流的采样误差会增大，从而无法保证精度。宽频宽量程电流互感器校验仪则采用的是多档位霍尔器件，采样系统也具备量程切换能力，从而扩大了电流测量的范围，并且保证了低电流信号的采样精度。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本实用新型提供的宽频宽量程电流互感器的误差校准系统，宽频大电流发生装置为待测宽频宽量程电流互感器的一次侧和宽频宽量程标准互感器的一次提供工作电流；宽频宽量程互感器校验仪采集标准互感器二次侧的标准电流信号和待测宽频宽量程电流互感器二次侧的待测电流信号并进行数据预处理得到可运算的数字信号，并进行误差计算获得待测宽频宽量程电流互感器的误差。宽频宽量程电流互感器校验仪则采用的是多档位霍尔器件，采样系统也具备量程切换能力，从而扩大了电流测量的范围，并且保证了低电流信号的采样精度，具备更宽范围的频率适应性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。

图1为本实用新型宽频宽量程电流互感器的误差校准系统结构示意图；

图2为本实用新型宽频宽量程电流互感器的误差校准系统工作原理图；

图3为宽频宽量程校验仪设计理示意图；

图4为实施例宽频宽量程电流互感器的误差校准系校验统连接图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1所示，宽频宽量程电流互感器的误差校准系统，包括：宽频宽量程的标准互感器，宽频大电流发生装置，宽频宽量程互感器校验仪；

宽频宽量程互感器校验仪由多档位霍尔传感器A，多档位霍尔传感器B，宽频宽量程的标准互感器，数据处理模块A，数据处理模块B和计算模块构成；

宽频宽量程的标准互感器一次侧与待测宽频宽量程电流互感器的一次侧串接后连接在宽频大电流发生装置两端；宽频宽量程的标准互感器二次侧连接多档位霍尔传感器A，待测宽频宽量程电流互感器二次侧连接多档位霍尔传感器B；

多档位霍尔传感器A采集宽频宽量程的标准互感器二次侧的标准电流信号并进行转换输出与之成比例的标准小电流信号；多档位霍尔传感器B采集待测宽频宽量程电流互感器二次侧的待测电流信号并进行转换输出与之成比例的待测小电流信号；

数据处理模块A将标准小电流信号转化成标准小电压信号并进行放大后转换成数字信号输出给计算模块；数据处理模块B将待测小电流信号转化成待测小电压信号并进行放大后转换成数字信号输出给计算模块；

计算模块基于数据处理模块A和数据处理模块B输出的数据进行误差计算得到获得待测宽频宽量程电流互感器的误差。

如图2所示，所述数据处理模块A或B包括：采样电阻(采样电阻R1和采样电阻R2)，程控运放模块(A1和A2)，AD转换模块(AD1和AD2)，底层32位微机和嵌入式32位微机；所述程控运放模块(A1和A2)将采集的小电压信号进行指定倍数放大；

采样电阻R1将多档位霍尔传感器A采集的标准小电流信号转换成标准小电压信号采样电阻R2将多档位霍尔传感器B采集的待测小电流信号转换成待测小电压信号；

AD转换模块(模块AD1和模块AD2)将程控运放模块放大后的电压信号转换成数字信号输出；

底层32位微机控制数据处理模块A和数据处理模块B同时采样，并将经AD转换模块输出的数字信号转换成可运算的数据传输给嵌入式32位微机；

嵌入式32位微机对底层32位微机传输来的数字信号进行数字滤波、积分运算、误差计算后得出待测宽频宽量程电流互感器的误差。

AD转换模块(模块AD1和模块AD2)通过SPI总线将数字信号输出给底层32位微机。

所述采样电阻(采样电阻R1和采样电阻R2)采用精密电阻。

如图3所示，多档位霍尔传感器由选择器开关和宽频传感器组成，宽频传感器有4个输入端子；

选择器开关K1和选择器开关K2的输入端连接宽频宽量程的标准互感器或待测宽频宽量程电流互感器、选择器开关K1和选择器开关K2的输出端选择接入宽频传感器的其中一个输入端子。

所述选择器开关(K1和K2)由多路大电流继电器及其驱动电路组成。

所述宽频宽量程互感器校验仪还包括人机交互模块，人机交互模块用于参数设置、图形和数据显示。

实施例2

如图4所示，程控宽频大电流发生装置负责一次工作电流的输出，交流电流的频率范围5Hz～2kHz，输出50Hz基波交流电流范围为600A的0.1％～200％，电流稳定度确保测量误差的准确度和稳定性，在各次谐波输出时，程控宽频大电流发生装置输出能力作相应的减少，2kHz的交流电流输出能力不小于60A。

宽频宽量程互感器校验仪采用测差法原理，负责对标准电流互感器二次电流和待测电流互感器二次侧电流进行测量并计算待测电流互感器的比值差和相位差，宽频宽量程互感器校验仪采用傅里叶算法分解同相分量和正交分量，无需正交移相器。

宽频宽量程互感器校验仪基本准确度等级为2级，为确保谐波信号的测量，宽频宽量程互感器校验仪中的AD模块采用可变采样率和可变采样点数相结合的技术，既满足测量精度又满足测量速度，测量基波误差时，采样率为20k/s，每周期的采样点数达到400点。

其中的宽频宽量程标准电流互感器，采用零磁通电流互感器技术，在额定电流0.1％～200％范围内提供不低于0.05级的准确度。

实施例3

使用宽频宽量程电流互感器的误差校准系统，将多档位霍尔传感器设置为具有相同变比的选择开关时，该系统可以进行自校准，具体自校准数据(精度等级为0.02)如下表1和表2：

表1

表2

使用宽频宽量程电流互感器的误差校准系统，多档位霍尔传感器设置为其他档位，基于标准互感器进行校准得到的数据(精度等级为0.2)如下表3和表4为：

表3

表4

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，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，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种宽频宽量程电流互感器的误差校准系统，其特征在于，包括：宽频宽量程的标准互感器，宽频大电流发生装置，宽频宽量程互感器校验仪；

所述宽频宽量程互感器校验仪由多档位霍尔传感器A，多档位霍尔传感器B，宽频宽量程的标准互感器，数据处理模块A，数据处理模块B和计算模块构成；

宽频宽量程的标准互感器一次侧与待测宽频宽量程电流互感器的一次侧串接后连接在宽频大电流发生装置两端；宽频宽量程的标准互感器二次侧连接多档位霍尔传感器A，待测宽频宽量程电流互感器二次侧连接多档位霍尔传感器B；

多档位霍尔传感器A采集宽频宽量程的标准互感器二次侧的标准电流信号并进行转换输出与之成比例的标准小电流信号；多档位霍尔传感器B采集待测宽频宽量程电流互感器二次侧的待测电流信号并进行转换输出与之成比例的待测小电流信号；

数据处理模块A将标准小电流信号转化成标准小电压信号并进行放大后转换成数字信号输出给计算模块；数据处理模块B将待测小电流信号转化成待测小电压信号并进行放大后转换成数字信号输出给计算模块；

计算模块基于数据处理模块A和数据处理模块B输出的数据进行误差计算得到获得待测宽频宽量程电流互感器的误差。

2.根据权利要求1所述的一种宽频宽量程电流互感器的误差校准系统，其特征在于，所述数据处理模块A或B包括：采样电阻，程控运放模块，AD转换模块，底层32位微机和嵌入式32位微机；所述程控运放模块将采集的小电压信号进行指定倍数放大；

采样电阻将多档位霍尔传感器A和多档位霍尔传感器B采集的小电流信号转换成小电压信号；

AD转换模块将程控运放模块放大后的电压信号转换成数字信号输出；

底层32位微机控制数据处理模块A和数据处理模块B同时采样，并将经AD转换模块输出的数字信号转换成可运算的数据传输给嵌入式32位微机；

嵌入式32位微机对底层32位微机传输来的数字信号进行数字滤波、积分运算、误差计算后得出待测宽频宽量程电流互感器的误差。

3.根据权利要求2所述的一种宽频宽量程电流互感器的误差校准系统，其特征在于，AD转换模块通过SPI总线将数字信号输出给底层32位微机。

4.根据权利要求2所述的一种宽频宽量程电流互感器的误差校准系统，其特征在于，所述采样电阻采用精密电阻。

5.根据权利要求1所述的一种宽频宽量程电流互感器的误差校准系统，其特征在于，所述多档位霍尔传感器由选择器开关和宽频传感器组成，所述宽频传感器有多个输入端子；

选择器开关的输入端连接宽频宽量程的标准互感器或待测宽频宽量程电流互感器、选择器开关的输出端选择接入宽频传感器的一个输入端子。

6.根据权利要求5所述的一种宽频宽量程电流互感器的误差校准系统，其特征在于，所述选择器开关由多路大电流继电器及其驱动电路组成。

7.根据权利要求1所述的一种宽频宽量程电流互感器的误差校准系统，其特征在于，所述宽频宽量程互感器校验仪还包括人机交互模块，人机交互模块用于参数设置、图形和数据显示。

8.根据权利要求1所述的一种宽频宽量程电流互感器的误差校准系统，其特征在于，所述宽频宽量程的标准互感器采用零磁通电流互感器技术，在额定电流0.1％～200％范围内提供准确度至少0.05级。

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