新型比較儀式互感器校驗儀的研制(二)
為了提高電路的諧波抑制能力,消除信號中的3次、5次諧波干擾,在測量通道、指零通道增加了如圖5所示的二階壓控低通濾波器。
按照需要配置R1、R2、R3、C1、C2的值,即可得到想要的二階低通濾波器。
圖3中采用MAXIM公司推出的12位A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX197, 該A/D具有八通道模擬量輸入,可以正、負電壓采樣,是一款性能價格比非常好的A/D芯片,在本系統(tǒng)中所有的模擬量均采用該芯片采樣。
在測試電路中大量采用斬波運放TLC2652,該芯片很大的優(yōu)點是輸入失調(diào)電壓小于3pV,從而避免了由于元器件的原因帶來的測量誤差。
在該電路中沒有互感器校驗儀常用的模擬除法器,而是采用單片機中的除法指令,這樣就大大提高了儀器的線性度、穩(wěn)定性指標,同時簡化了電路,降低了調(diào)試難度。
1.5 電子調(diào)零線路
電子調(diào)零線路是由調(diào)零信號產(chǎn)生及指零繞組信號檢測兩部分組成,用單片機進行數(shù)據(jù)處理,采用指零繞組的檢測線路,檢測電流比較儀的平衡
狀態(tài),重復(fù)反饋調(diào)節(jié)調(diào)零電壓Ut的輸出,*終使得電流比較儀指零繞組輸出為零。1.5.1 電子調(diào)零信號的產(chǎn)生和輸出
電子調(diào)零信號產(chǎn)生和輸出的原理框圖如圖6所示。電路包括信號的產(chǎn)生、調(diào)節(jié)以及功率驅(qū)動和隔離輸出。本儀器使用該電路可以達到電壓源調(diào)零負荷箱Z;圖1)相同的調(diào)零功能。

圖6中D/A轉(zhuǎn)換器使用ADI公司推出的AD7538,它是一款14位并行D/A轉(zhuǎn)換器。一般情況下,D/A轉(zhuǎn)換器的輸出模擬電壓Ug=KUmer,也就是說D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的幅值取決于D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓Unef和控制數(shù)字量K。當(dāng)Unef為50Hz正弦波信號時,可以由程序控制數(shù)字量K得到一系列有效值可調(diào)的正弦波電壓信號。
調(diào)零電壓信號必須和電流比較儀中運行的工作電流Io為同一頻率,因此需要把lo作為基準信號,經(jīng)過隔離取樣、放大和濾波后,就可作為D/A轉(zhuǎn)換器的基準電壓。
在圖6中使用直角坐標系調(diào)節(jié)方法,即不但產(chǎn)生與基準電流i。同相的電壓U;也產(chǎn)生與i。成900角的電壓U;調(diào)節(jié)電壓U與U2的有效值,將U與U2疊加后得出相位為00~360可調(diào)、幅值為U3的電壓信號。
為保證電子調(diào)零線路在外接線錯誤的情況下不會損壞電路,設(shè)計中用了功率運放OPA544作為輸出驅(qū)動,然后采用變壓器隔離,作為*終的調(diào)零電壓信號Umt輸出。該電壓經(jīng)過B接線端子輸出到比較儀補償繞組WB作為調(diào)零輸入信號。這種方法同時也解決了可能會產(chǎn)生的電子線路和互感器測試線路之間的相互干擾。為了保證有足夠的電壓幅值調(diào)節(jié),電路中采用了增益調(diào)節(jié)電路。1.5.2 指零繞組信號的檢測
指零繞組信號檢測線路原理框圖如圖7。根據(jù)不同廠家、型號的電流比較儀,其指零繞組輸出電壓幅值不同,范圍較寬。設(shè)計中檢零計的取樣為電阻分壓取樣,增益范圍為1倍到105倍,可以分辨出1pV的工頻電壓。同時濾波電路使得檢零計有足夠的諧波抑制能力,以便能使工頻信號準確測量。各個電路環(huán)節(jié)與前面所述基本類似,不做具體介紹。

1.6 互感器校驗儀的其它特點
Oi和i。均采用電流互感器取樣,減小了儀器的輸入阻抗可近似為零),因此差流和工作電流電壓)信號回路給標準和被測電流互感器帶來的附加負荷也近似為零同78,這一-特點在以雙級電流互感器和電流比較儀為標準的測試線路中尤為重要用。
差壓A0和基準電壓0。采用分壓電阻網(wǎng)絡(luò)和電壓互感器取樣,等效阻抗為100k?和500k9 對被試和標準電壓互感器帶來的附加負荷也近似為零間閃]閣。同時校驗電壓互感器時可以使用很好測差法而使儀器可以接地,保障工作人員的穩(wěn)定性。2 軟件設(shè)計
在軟件設(shè)計時,分為調(diào)零單元、測量單元和控制單元三部分進行,各部分均在主程序上統(tǒng)一調(diào)度或中斷執(zhí)行。
調(diào)零單元主要的模塊有:檢零計信號測量范圍的切換和調(diào)零箱輸出電壓范圍的選擇。 使用二分之一查詢法快速找出能使電流比較儀處于零磁通的調(diào)零電壓包括控制D/A轉(zhuǎn)換器的輸出和檢零計輸入信號的測量)。
測量單元主要的模塊有:測量回路各信號切換模塊:功能是完成信號的合理取樣、放大倍數(shù)的選擇和硬件部分自診斷等;采樣模塊:使用中斷方式對輸入信號進行測量,并完成數(shù)據(jù)計算及處理。
控制單元主要的模塊有:液晶顯示模塊:負責(zé)各級菜單顯示、參數(shù)設(shè)定情況、儀器執(zhí)行結(jié)果顯示、誤差數(shù)據(jù)顯示等內(nèi)容;鍵盤處理模塊:完成對鍵盤操作的識別和調(diào)用相應(yīng)處理子程序;RS232通訊模塊:完成異步串口管理功能,負責(zé)接收來自遠程控制命令和傳送測量以及執(zhí)行結(jié)果;臺體聯(lián)機測試模塊:完成對互感器校驗臺的控制,包括伺服電機的控制,輸出電壓和電流的采樣,控制互感器的二次負載自動切換等。3 論
采用電流比較儀電子自動調(diào)零線路后,電流比較儀就成為零磁通電流互感器,這時電流比較儀指零繞組電壓接近于零,使得電流比較儀在此時的誤差*小,同時也解決了補償式電流比較儀由于補償繞組壓降帶來得測試誤差。另外,加上現(xiàn)代電子數(shù)字技術(shù)及軟件輔助設(shè)計,使得該儀器無論在測試速度、數(shù)據(jù)精度還是智能化功能等方面均有很大的提高。