CN218446442U

CN218446442U - 一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统

Info

Publication number: CN218446442U
Application number: CN202222655357.6U
Authority: CN
Inventors: 张�浩; 陈永胜; 王智; 张清逸; 王忆; 陈英杰
Original assignee: Shenyang Shanzhong Technology Co ltd
Current assignee: Shenyang Shanzhong Technology Co ltd
Priority date: 2022-10-10
Filing date: 2022-10-10
Publication date: 2023-02-03
Anticipated expiration: 2032-10-10

Abstract

一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统，所属电检测仪器仪表技术领域，控制系统的通讯单元、显示单元和供电单元分别连接处理单元；处理单元包括单片机控制器、仿真调试模块、信号处理模块和信号输入放大模块。本实用新型互感器伏安特性测试仪控制系统是将电压和电流信号经过取样，采用信号输入放大模块进行信号放大，电流和电压输入值分别通过分压后，转换成电压信号进入信号处理模块；微型计算机通过离散积分的方法，得出电压真有效值、电流真有效值、有功功率和功率因数。信号输入放大模块有效放大信号并配合信号处理模块处理，使信号处理能够达到高精度、安全稳定的目的。

Description

一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统

技术领域

本实用新型属于电检测仪器仪表技术领域，具体涉及一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统。

背景技术

互感器伏安特性测试仪，主要用于现场检测CT/PT的伏安特性、变比、极性、退磁、误差曲线、二次侧回路检查和工频交流耐压等，单机输出电压可达1000V，电流达到600A，能满足装机容量500KV输变电工程检测环境。

其中，互感器伏安特性是指互感器一次侧开路，二次侧励磁电流与所加电压的关系曲线，实际上就是铁芯的磁化曲线，因此也叫励磁特性。互感器伏安特性检测试验的主要目的是检查互感器的铁芯质量，通过鉴别磁化曲线的饱和程度，判断互感器的二次绕组有无匝间短路。

现有市场上的互感器伏安特性测试仪为单片机控制各电路功能模块，以实现测试功能，即其内部为各种电子元器件构成，外形为具有控制面板的壳体。目前，随着检测设备的精细化要求，对互感器伏安特性测试仪的信号处理及检测精度及安全稳定性的要求也随之不断提高，以有效保证用电设备应用的安全可靠。

实用新型内容

为了符合检测设备精细化要求，提高检测精度及安全稳定性，本实用新型提供一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统，将电压和电流信号经过取样，采用信号输入放大模块进行信号放大，电流和电压输入值分别通过分压后，转换成电压信号进入信号处理模块；微型计算机通过离散积分的方法，得出电压真有效值(URMS)、电流真有效值(IRMS)、有功功率(P)和功率因数(PF)。信号输入放大模块有效放大信号并配合信号处理模块处理，使信号处理能够达到高精度、安全稳定性的目的。其具体技术方案如下：

一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统，控制系统包括处理单元、通讯单元和显示单元，通讯单元和显示单元分别连接处理单元；

处理单元包括单片机控制器、仿真调试模块、信号处理模块和信号输入放大模块，仿真调试模块、信号处理模块和信号输入放大模块分别连接单片机控制器；

信号输入放大模块包括CD4053、LF353、NE5532、LF356、OP07、电阻、电容和二极管；LF356构成电压信号输入端的可调放大器，连接有二极管、电容和电阻；LF353的一个通道连接有LF356；CD4053的一通道连接LF353的一通道；OP07构成电流信号输入端的电压跟随器，连接有二极管和电阻；NE5532的一通道连接有OP07；CD4053的一通道连接NE5532 的一通道；LF353和NE5532的另一个通道连接CD4053。

上述技术方案中，信号处理模块包括CS5463、晶振和若干电容，CS5463连接有晶振和电容。

上述技术方案中，CS5463包括有2个可编程增益放大器、2个△-∑调制器、配套的高速滤波器、功率计算引擎、偏置与增益校正、功率监测、串行接口和相应功能寄存器。

上述技术方案中，CS5463还内置有温度传感器，用于调整温度漂移误差。

上述技术方案中，控制系统还包括供电单元，供电单元包括电源模块，电源模块连接单片机控制器。

上述技术方案中，通讯单元包括通讯模块，通讯模块连接单片机控制器。

上述技术方案中，显示单元包括数码显示模块，数码显示模块连接单片机控制器。

上述技术方案中，单片机控制器包括单片机和时钟振荡器，单片机连接时钟振荡器。

上述技术方案中，单片机为ATmega16单片机。

上述技术方案中，连接为电连接，电连接为有线或无线连接。

上述技术方案中，仿真调试模块、电源模块、通讯模块和数码显示模块的电路模块构造及与单片机控制器的连接方式均为现有技术。

上述技术方案中，信号输入放大模块和信号处理模块与单片机控制器的连接方式为现有技术。

本系统的运行方式为：电流和电压值通过信号输入放大模块将电流和电压输入值分别通过分压后，转换成电压信号进入信号处理模块，信号处理模块对信号进行分解计算，再由单片机控制器输出给数码显示模块进行显示；同时电源模块为整个电路提供电压；通讯模块接收上位机命令并回传测试的数据。仿真调试模块能够在独立计算机中模拟调试系统功能模块。

本实用新型一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统，与现有技术相比，有益效果为：

一、本实用新型互感器伏安特性测试仪控制系统是将电压和电流信号经过取样，采用信号输入放大模块进行信号放大，电流和电压输入值分别通过分压后，转换成电压信号进入信号处理模块；微型计算机通过离散积分的方法，得出电压真有效值(URMS)、电流真有效值(IRMS)、有功功率(P)和功率因数(PF)。信号输入放大模块有效放大信号并配合信号处理模块处理，使信号处理能够达到高精度、稳定性的目的。

具体为，信号输入放大模块设置有OP07，信号输入后，连接利用OP07和电阻构成电压跟随器和放大电路。OP07是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压，所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低(OP07A为±2nA)和开环增益高(对于OP07A为300V/mV)的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号，提高精度。

二、本实用新型控制系统的信号输入放大模块设置有LF353和LF356，LF353和LF356 是高阻型运算放大器，这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高，输入偏置电流非常小，一般rid＞(109～1012)W，IIB为几皮安到几十皮安。而且具有高速、宽带和低噪声等优点。

三、本实用新型控制系统的信号输入放大模块设置有CD4053，CD4053是三组2通道数字控制模拟开关，有三个独立的数字控制输入端A、B、C和INH输入，具有低导通阻抗和低的截止漏电流，进而保证测试的安全性。系统设置有CD4053数字控制模拟开关，能够实现多档位切换，保证测试范围内线性度良好。

四、本实用新型控制系统的信号处理模块采用CS5463，CS5463包括2个可编程增益放大器、2个△-∑调制器、配套的高速滤波器、功率计算引擎、偏置和增益校正、功率监测、串行接口和相应功能寄存器。能够保证电能数据在1000：l动态范围内的线性度为±0.1％；精确测量瞬时电压、电流、功率以及电压、电流有效值；能够计算视在、有功和无功功率，基波有功、谐波功率和功率因数；具有电能/脉冲转换功能；且具有低功耗(小于12mW)的效果。

五、CS5463还能提供视在功率、无功功率等多种参数计算。此外，CS5463片内还带有温度传感器，有助于设计者调整温度漂移误差，提高测量精度。

六、本实用新型控制系统的单片机是ATmega16单片机，具有体积小、功能强、价格低等优点。

七、本实用新型控制系统设置有信号输入放大模块，能够放大信号输入，经仿真调试和信号处理，从而提高检测精度及安全稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统的示意图，其中：1-单片机控制器，2-仿真调试模块，3-电源模块，4-通讯模块，5-数码显示模块，6-信号处理模块， 7-信号输入放大模块。

图2为本实用新型的一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统的单片机控制器电路图。

图3为本实用新型的一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统的仿真调试模块电路图。

图4为本实用新型的一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统的电源模块电路图。

图5为本实用新型的一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统的通讯模块电路图。

图6为本实用新型的一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统的数码显示模块电路图。

图7为图6(g)放大图。

图8为图6(h)放大图。

图9为图6(i)放大图。

图10为本实用新型的一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统的信号处理模块电路图。

图11为本实用新型的一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统的信号输入放大模块电路图。

图12为图11(j)处放大图。

图13为图11(k)处放大图。

具体实施方式

下面结合具体实施案例和附图1-13对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于这些实施例。

实施例1

一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统，如图1-13所示，控制系统包括处理单元、通讯单元和显示单元，通讯单元和显示单元分别连接处理单元；处理单元包括单片机控制器1、仿真调试模块2、信号处理模块6和信号输入放大模块7，仿真调试模块2、信号处理模块6 和信号输入放大模块7分别连接单片机控制器1。其中，显示单元包括数码显示模块5，数码显示模块5连接单片机控制器1。

控制系统还包括供电单元，供电单元包括电源模块3，电源模块3连接单片机控制器1。控制系统还包括通讯单元，通讯单元包括通讯模块4，通讯模块4连接单片机控制器1。

其中单片机控制器1包括单片机和时钟振荡器，单片机连接时钟振荡器；单片机为ATmega16单片机。

其中，信号输入放大模块7的电路包括CD4053、LF353、NE5532、LF356、OP07、电阻、电容和二极管；LF356构成电压信号输入端的可调放大器，连接有二极管、电容和电阻；LF353 的一个通道连接有LF356；CD4053的一通道连接LF353的一通道；OP07构成电流信号输入端的电压跟随器，连接有二极管和电阻；NE5532的一通道连接有OP07；CD4053的一通道连接NE5532的一通道；LF353和NE5532的另一个通道连接CD4053。

OP07是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压，所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低(OP07A为±2nA)和开环增益高(对于OP07A为300V/mV)的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号，提高精度；信号输入后，连接利用OP07和电阻构成电压跟随器和放大电路。LF353和LF356 是高阻型运算放大器，这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高，输入偏置电流非常小，一般rid＞(109～1012)W，IIB为几皮安到几十皮安。而且具有高速、宽带和低噪声等优点。

另外，信号处理模块6包括CS5463、晶振和若干电容，CS5463连接有晶振和电容；其中，CS5463包括2个可编程增益放大器、2个△-∑调制器、配套的高速滤波器、功率计算引擎、偏置和增益校正、功率监测、串行接口和相应功能寄存器。此外，CS5463片内还带有温度传感器，有助于设计者调整温度漂移误差，提高测量精度。CD4053是三组2通道数字控制模拟开关，有三个独立的数字控制输入端A、B、C和INH输入，具有低导通阻抗和低的截止漏电流。系统设置有CD4053数字控制模拟开关，能够实现多档位切换，保证测试范围内线性度良好。CS5463包括2个可编程增益放大器、2个△-∑调制器、配套的高速滤波器、功率计算引擎、偏置和增益校正、功率监测、串行接口和相应功能寄存器。能够保证电能数据在1000：l动态范围内的线性度为±0.1％；精确测量瞬时电压、电流、功率以及电压、电流有效值；能够计算视在、有功和无功功率，基波有功、谐波功率和功率因数；具有电能/脉冲转换功能；且具有低功耗(小于12mW)的效果。

本实施例的仿真调试模块、电源模块、通讯模块和数码显示模块的电路模块构造及与单片机控制器的连接方式均为现有技术；信号输入放大模块和信号处理模块与单片机控制器的连接方式为现有技术。

本系统的运行方式为：电流和电压值通过信号输入放大模块7将电流和电压输入值分别通过分压后，转换成电压信号进入信号处理模块6，信号处理模块6对信号进行分解计算，再由单片机控制器1输出给数码显示模块5进行显示；同时电源模块3为整个电路提供电压；通讯模块4接收上位机命令并回传测试的数据。仿真调试模块2能够在独立计算机中模拟调试系统功能模块。

本实施例互感器伏安特性测试仪控制系统是将电压和电流信号经过取样，采用信号输入放大模块进行信号放大，电流和电压输入值分别通过分压后，转换成电压信号进入信号处理模块；微型计算机通过离散积分的方法，得出电压真有效值(URMS)、电流真有效值(IRMS)、有功功率(P)和功率因数(PF)。信号输入放大模块有效放大信号并配合信号处理模块处理，使信号处理能够达到高精度、稳定性的目的。

本实施例的互感器伏安特性测试仪控制系统用于SZFA-3伏安特性测试仪。主要技术指标，如下：

输入：

基本误差(仪器准确度)：

显示为电压真有效值(URMS)、电流真有效值(IRMS)、有功功率(P)，功率因数(PF)，控制面板的数据输出显示为现有技术。

使用条件：供电电源：市电220V；环境条件：温度：10～40℃。

本实施例系统在电压0～400V，电流0～5A测试范围内能够直接接入电流互感器二次侧。但是一般的电流互感器电流加到额定值时，电压已达400V以上，单用调压器无法升到试验电压，所以还必须再接一个升压变(其高压侧输出电流需大于或等于电流互感器二次侧额定电流)升压和一个PT读取电压。系统设备的对应开关切换到0～4000V。

试验前将电流互感器二次绕组引线和接地线均拆除。试验时，一次侧开路，从电流互感器本体二次侧施加电压，预先选取几个电流点，逐点读取相应电压值。通入的电流或电压以不超过制造厂技术条件的规定为准。当电压稍微增加一点而电流增大很多时，说明铁芯已接近饱和，应极其缓慢地升压或停止试验。试验后，根据试验数据绘出伏安特性曲线。

Claims

1.一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统，其特征在于，控制系统包括处理单元、通讯单元和显示单元，所述通讯单元和显示单元分别连接处理单元；

所述处理单元包括单片机控制器(1)、仿真调试模块(2)、信号处理模块(6)和信号输入放大模块(7)，所述仿真调试模块(2)、信号处理模块(6)和信号输入放大模块(7)分别连接单片机控制器(1)；

所述信号输入放大模块(7)包括CD4053、LF353、NE5532、LF356、OP07、电阻、电容和二极管；所述LF356构成电压信号输入端的可调放大器，连接有二极管、电容和电阻；所述LF353的一个通道连接有LF356；所述CD4053的一通道连接LF353的一通道；所述OP07构成电流信号输入端的电压跟随器，连接有二极管和电阻；所述NE5532的一通道连接有OP07；所述CD4053的一通道连接NE5532的一通道；所述LF353和NE5532的另一个通道连接CD4053。

2.根据权利要求1所述的一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统，其特征在于，所述信号处理模块(6)包括CS5463、晶振和若干电容，所述CS5463连接有晶振和电容。

3.根据权利要求2所述的一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统，其特征在于，所述CS5463包括有2个可编程增益放大器、2个△-∑调制器、配套的高速滤波器、功率计算引擎、偏置与增益校正、功率监测、串行接口和相应功能寄存器。

4.根据权利要求3所述的一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统，其特征在于，所述CS5463还内置有温度传感器，用于调整温度漂移误差。

5.根据权利要求1所述的一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括供电单元，所述供电单元包括电源模块(3)，所述电源模块(3)连接单片机控制器(1)。

6.根据权利要求1所述的一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统，其特征在于，所述通讯单元包括通讯模块(4)，所述通讯模块(4)连接单片机控制器(1)。

7.根据权利要求1所述的一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统，其特征在于，所述显示单元包括数码显示模块(5)，所述数码显示模块(5)连接单片机控制器(1)。

8.根据权利要求1所述的一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统，其特征在于，所述单片机控制器(1)包括单片机和时钟振荡器，所述单片机连接时钟振荡器。

9.根据权利要求8所述的一种互感器伏安特性测试仪电路控制系统，其特征在于，所述单片机为ATmega16单片机。