互感器負載箱變頻檢定裝置的研制

互感器負載箱變頻檢定裝置主要由檢定裝置主體、操作面板和集成電路三部分組成。集成電路包括輸出和測量兩大部分，輸出部分由振蕩單元、功率放大單元、電源及過載保護單量程單元、A/D轉換單元、AC/DC轉換單元及顯示單元組成；測量部分由自動量程轉換單元、A/D轉換單元、AC/DC轉換單元、功能開關判斷單元、按鍵單元、單片機及液晶顯示單元組成。通過改變輸出部分的振蕩單元中RC振蕩電路的不同電阻值來產生20Hz～1kHz交流信號，以滿足檢定不同額定頻率的負載箱需要，即實現負載箱檢定裝置的變頻。

振蕩單元的作用是產生一個頻率固定或可變的正弦信號。要求此信號幅度不但穩定而且失真度要小于1%。頻率的變換是由改變不同接入電阻值而改變的。即改變不同固定阻值的精密電阻而產生準確的20Hz，50Hz，60Hz，400Hz和1kHz的標準頻率。除上述電阻外，另接一只阻值可變的雙聯電位器，當該電位器位于校準位置（CALD）時，頻率輸出是固定的。離開此位置滑動到任意位置時，可得到頻率從20Hz～1kHz之間連續可調的交流信號。改變的頻率值可由面板上的外接頻率計監視。調節粗細調節端可以改變功率放大器的輸入信號幅度，使之輸出所需要的電壓值、電流值。一旦超載，過流保護信號和過壓保護信號經過載保護單元放大后送往振蕩單元，用以切斷振蕩信號的輸出，從而保護功率放大級不受超載時對電路的損壞。當面板上的功能開關由電壓輸出轉換為電流輸出經過“0”時，也要切斷信號的輸出，以免誤操作使儀器損壞。由此可以看出，改變振蕩單元中RC振蕩電路的不同電阻值可產生20Hz～1kHz的交流信號，滿足了檢定額定頻率為50Hz、60Hz、400Hz的負載箱需要，即實現負載箱檢定裝置的變頻。

振蕩單元產生的交流信號經功率放大單元后不但可以輸出交流信號，還可以經整流濾波后輸出直流信號。由于采用由穩幅振蕩源給功率放大輸出，從而達到變頻穩幅，實現了0～300V（或0～10A）的電壓（或電流）輸出，滿足了互感器負載箱二次額定電壓100V、 V、100/3V（額定電流1A、2A、5A）的需要。取樣后的直流信號可直接送至A/D單元，將模擬量轉換成數字量后送至數碼管顯示單元，而交流信號需經AC/DC單元將交流信號1：1轉換為直流電壓信號后送至A/D單元，最后將模擬量轉換為數字量后由數碼管顯示單元顯示。

將互感器負載箱變頻檢定裝置的輸出信號加在被測負載箱兩端。由于檢定互感器負載箱時流經負載箱的電壓值在0～20V之間，而A/D轉換電路的輸入要求在0～2V之內，所以對采集到的電壓信號要預先處理，即通過精密電阻分壓方法使電壓輸出在0～2V之內。而對于mV級的小信號電壓，為了達到更高的準確度和線性度，采用OP07組成運算放大電路對小信號進行預先放大。滿足了儀器的精度要求。同時采用了繼電器作為電路的切換開關，具有響應速度快，接觸電阻小等優點。

測量得到的直流信號可直接送至A/D單元。本裝置采用ICL7135雙斜積分式4位半單片AD轉換器，具有輸入阻抗高，自動校零，有精確的差分輸入電路，自動判別信號極性，有超、欠壓輸出信號等優點。設計中采用ICL7135的串行方式即通過計脈沖數的方法來獲得測量轉換結果。

測量得到的交流信號須經AC/DC單元后將直流信號送入A/D單元。AC/DC轉換單元主要采用有效值/直流轉換芯片AD536實現交直流的轉換。A/D的實際輸出包含了直流誤差和紋波誤差。直流誤差主要由平均值電容決定。增大電容值可減小輸出直流誤差和紋波誤差的大小，為減輕平均值電容的負擔，采用雙極性輸出濾波電路的形式減小輸出紋波的大小，縮短了響應時間。AD536的最大失調電壓為5mV，可由滑動電阻器進行調整。AD536的線性度很好，在0～1V范圍內，誤差僅為0.1%，若輸出值有偏差，也可通過滑動電阻器調整。

A/D轉換后的數字量由單片機讀取并根據當前功能開關位置及按鍵選擇進行計算。將測量參數值（負載箱的阻抗Z、有功分量R、無功分量XL、負載箱容量VA、功率因數值、電感值L）顯示在液晶屏上。