數字式雙鉗相位伏安表校準裝置的研制

葉躍華，王曉東，周云英

（廣東省計量科學研究院，廣州 510405）

1 數字式雙鉗相位伏安表概述

數字式雙鉗相位伏安表是專門為現場工作測量電壓、電流及相位而設計的一種高精度、廉價便攜、可輸入雙通道的測量儀器。數字式雙鉗相位伏安表廣泛應用于各電力電子行業，使用該表可方便地在現場測量兩相電壓U-U、兩相電流I-I及各相電壓電流U-I之間的相位，判定感性電路、容性電路及三相電壓的相序，測試二次回路與母差保護系統，檢測出變壓器的繞組接線組別，讀取差動保護系統中各組CT間的相位關系，檢查電度表的接線是否正確等。同時采用鉗形電流互感器的轉換方式輸入測量電流，無需斷開被測線路的工作狀態。在測量U1-U2之間相位時，兩輸入回路可完全絕緣隔離，因而避免了可能出現的誤接線造成的被測量線路短路燒毀儀表的風險。

2 數字式雙鉗相位伏安表校準的必要性

市面上尚未有專門針對可同時調節兩相電壓電流的相位的校準裝置，以往進行數字式雙鉗相位伏安表的校準工作時，需使用三相標準源進行操作，只需用到A相和B相的電壓和電流，C相并沒有使用到。因此，電壓U3通道需開路，電流I3通道需短路。操作人員在需謹慎檢查接線情況，否則可能會造成標準器的報警，甚至損壞。分析和設計數字式雙鉗相位伏安表校準裝置，可以有效的針對通道1和通道2進行操作，避免出現誤操作的情況，同時降低了儀器的生產成本，減少了校準儀器的體積和重量，具有便于攜帶等特點。

3 數字式雙鉗相位伏安表校準裝置的研發原理

校準裝置采用的方法：使用微處理器技術，控制FPGA（可編程門陣列），獨立調節電壓、電流回路，進行D/A轉換，通過與基準源比較放大輸出電壓、電流信號。同時，在LED顯示屏上顯示出輸出信號的量值。試驗方法：校準裝置主要分為微處理器、硬件電路、LED顯示器三個部分。硬件電路為整個項目的核心部分，可編程獨立調節電壓、電流、相位回路，輸出所需要的信號；微處理器用以控制參數選擇，及設置輸出參數的量值；LED顯示器能更直觀地顯示校準參量的信息。

3.1 技術方案

根據系統設計制定目標，選擇確定各部分的技術方案，確立采用如圖1技術路線。整個研究過程按照該路線有序進行，研究過程中出現的所有方案都是為了完成最終的研究目標。研制中方案包括底層硬件方案、信號發生器軟件方案、功放及穩定性反饋方案、機箱外觀的方案等。

3.2 CPU原理圖

CPU控制中心是整個設備研制的難點和重點所在，它是整個設備的控制中心，管理輸入、輸出通信、人機對話觸摸顯示屏、波形數據計算、波形疊加控制、D/A電路等。原理如圖2：

圖1

圖2

3.3 可編程FPGA電路原理

FPGA電路采用了內部可配置邏輯模塊CLB、邏輯陣列單元LCA、輸入輸出模塊IOB與內部連線三個部分。它作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現的，既可解決定制電路的不足，又能克服原可編程器件有限門電路數的缺點，可允許無限次的編程。

圖3

3.4 輸出校準和分析

數字式雙鉗相位伏安表校準裝置電壓、電流、相位輸出需要在輸出反饋后進行校準修正。設備電壓、電流、相位的校準方法設定如下：

（1）電壓校準

電壓校準檔位220V，電壓校準分為滿度和設置零點。

（2）電流校準

電流校準分為10mA、100mA、1A滿度和設置零點。

（3）相位校準

相位校準分為0°、30°、60°、300°、330°的各個校準點。

4 結束語

綜上所述，數字式雙鉗相位伏安表校準裝置的研制，能提高雙鉗相位伏安表的校準工作效率，實現兩相電壓、電流、相位的技術改革，具有便攜實用、高效節能的優點，但同時也存在著許多不足之處。希望各同行批評指正，以改進技術方法。

[1] 國家質量監督檢驗檢疫總局，JJF1075-2001鉗形電流表校準規范 2001.