专利名称：一种高准确度互感器负荷箱校准装置的制作方法
技术领域：
本实用新 型涉及一种高准确度互感器负荷箱校准装置，具体为采用麦克斯韦电桥原理对互感器负荷箱校准，属电工实验仪器设备技术领域。
背景技术：
互感器负荷箱是用于互感器误差特性检测的一种装置，互感器负荷箱的准确性影响着互感器误差检测结果的测量不确定度评估水平，已有公知的互感器负荷箱校准是采用 “阻抗检测法”或“导纳检测法”，基于磁势平衡原理(GE系列比较仪)或电势平衡原理(HE 系列电位差计)，由于检测时测量结果受电源质量(波形的稳定性，频率等因素)影响较大， 往往出现不稳定现象，测量不确定度水平不高，直接影响检测结果水平，因此，这类互感器校验装置的准确度多为3级或2级。上世纪80年代后期，武汉高压研究所开始承担的1 IOkV 工频电力比例标准自校系统装置研制项目，研制的HEGl型电位差式互感器校验仪达到1级的水平；90年代互感器负荷箱校准装置也实现了数字化，但这类检测装置准确度水平也只是停留在2级或3级。国际上知名的电工仪器制造厂家，其互感器负荷箱校准装置较早实现了数字化， 但是数字化负荷箱校准装置产品主要面向一般检测实验室。在互感器溯源技术上，国际上一流检测机构(如德国、加拿大、英国等国)还是采用电工原理校准装置，原理清晰，可靠性
尚ο中国发明专利《电压互感器仿真负荷箱》(申请号200910074386·Χ申请日 2009-05-14)及《电流互感器仿真负荷箱》(申请号200910074387. 4申请日2009-05_14) 所涉及的是仿真负荷箱制作，并未提及负荷箱校验问题，高准确度负荷箱校验方法及装置， 未见于已有专利文献中。
发明内容本实用新型的目的是针对背景技术提出的问题，提供一种高准确度互感器负荷箱校准装置，该装置采用麦克斯韦电桥原理，调节电桥中电容桥臂的电阻电容值，即可方便的计算出被测负荷箱的阻抗值，其准确度只与阻容元件及电路固有元件的准确度有关，测试结果不受电源频率或谐波等质量影响，溯源性好，校准方法科学，测量准确度有较大的提升空间。本实用新型的技术方案是一种高准确度互感器负荷箱校准装置，是基于麦克斯韦原理的、用于测量阻抗的LC交流电桥，所述的电桥由四个桥臂、检流计和外加电源组成； 被试品负荷箱是桥臂中的一支，为串联感抗元件Lx和rx，还有二个电阻臂和一个阻容臂，其特征在于二个电阻臂R2和R3均是不同阻值的可单独接入的三支电阻，电容臂由可调电容 C和可调电阻R4并联组成，可调电容C是4个可变电容盘，可调电阻R4是4个电阻调节盘， 其有益效果是可根据负荷不同的工作电压或工作电流及频率值，接入不同阻值的电阻R2、 R3，配合调节电容臂上的阻容值，方便的计算出负荷箱感抗值，该感抗值与输入电源的频率及谐波无关。本实用新型的工作原理是如附图1所示的麦克斯韦原理LC交流电桥，被校准互感器负荷箱由电感Lx和电阻rx表示，电阻R2与其构成一侧桥臂，R3与R4、C构成另一侧桥臂。接入被测负荷箱后，调节民、礼和C，当检流计G显示趋近于零时，电桥达到平衡点。根据电桥平衡原理得到rx = R2R3/R4，Lx = CR2R3。目前，世界上通用的电压互感器负荷箱，其总阻抗在10Ω IOk Ω区间，对应的额定功率范围一般为1.25 158. 75VA，对应的工作电压多位为100/ V 3VU10/ V 3V、 120/ V 3V、和 100V，工作频率为 50Hz 或 60Hz。我国电压互感器二次负荷箱对应的工作电压为100/ V 3V、和100V，频率为50Hz。 通过计算负荷箱的上限值和下限值，可以得到电桥各电阻臂、电容臂的电阻及电容值范围。本实用新型的参数设计中，电压互感器负荷箱的负荷取值在1. 25 20VA和40 80VA两个区间，由调节电阻臂R2实现。本实用新型的参数设计中，电流互感器负荷箱的总阻抗取值0. 02 50 Ω，负荷范围取值2. 5 60VA，施加电流为5Α、1Α。由于电流互感器负荷箱的阻抗很�。槌傻缜疟鄣牡缱鑂2取值范围相对于电压互感器负荷箱校准时电桥臂的取值也较小。为了便于Lx和rx直接读数，比例臂R2和R3的乘积控制为10的倍数，即Lx和rx的值可直接由R4值表示。本装置中R3作为倍率盘，取三组不同的电阻值，分别为2kQ，20kQ 和200kΩ，以满足不同负荷量程检测时的需要。为满足直读要求，设计R2和R3的乘积为10的倍数，装置中R3的值已取为2得倍数，故将R2设计为5的倍数电压互感器负荷箱负荷在1. 25 20VA时，R2取50 Ω，负荷在 40 80VA时R2取5 Ω，电流互感器负荷箱负荷在2. 5 60VA时，R2取0. 05 Ω。
附图1为麦克斯韦交流LC电桥原理图；附图2为本实用新型实施例互感器负荷箱校准装置电路原理图。
具体实施方式
附图中的标记附图1中S-外接交流电源、G-检流计、Lx和rx_负荷箱电感、电阻、R2、R3-电阻臂、R4、c-电容臂；附图2中zx-负荷箱感抗、K1-电阻R2转换开关、K3-电阻R3转换开关。
以下结合附图对发明实施例作进一步说明参照附图1所示电桥原理，本实用新型实施例如附图2所示，附图2中Zx代表被检测的互感器负荷箱，由rx和Lx组成；R21为50 Ω，R22为5 Ω，R23为0. 05 Ω，R31为2k Ω，R32 为 20k Ω，R33 为 200k Ω。开关K1用于R2的转换，1#、2#和3#连接点分别对应于R21、R22和R23 ；开关K2用于R3 的切换，连接点4#、5#和6#分别对应R31 > R32和R33O当被试品为1. 25 20VA的电压互感器负荷箱时，K1连接到1# ；被试品为40 80VA的电压互感器负荷箱时，K1连接到2# ；当被试品为2. 5 60VA的电流互感器负荷箱时，K1连接到3#。K2的选择实为倍率选择，根据实际的负荷值与R4、C配合使用。[0022]可调电阻箱R4设计为4个电阻调节盘组成，R41 1 11K，AR41 = Ik ；R42 :100 Ω IkQ，AR42 = 100 Ω ；R43 10 100 Ω，AR43 = 10 Ω ；R44 :1 10 Ω，Δ R44 = 1 Ω。即 R4 可以调节到的最大阻值为 11Χ1Κ+10Χ100Ω+10Χ10Ω+10Χ1Ω = 12. IlkQ。可调电容箱C设计为4个电容调节盘组成，C41 :1 μ F 11 μ F，Δ C41 = 1 μ F ；C42 0. 1 μ F 1 μ F，Δ C42 = 0. 1 μ F ；C43 :0. 01 μ F ~ 0. 1 μ F, Δ C43 = 0. 01 μ F ；C44 :0· 001 μ F 0. 01 μ F, AC44 = 0. 001 μ F。可得到最大电容为 11 X 1 μ F+10X 100nF+10X 10nF+10X InF ^ 12. 11 μ F。组成电桥各元件的相关参数互感器负荷箱校准电路所需元件包括电阻R2, R3, R4及电容C。(1)电阻R2的阻值为0. 05 Ω、5 Ω及50 Ω。要求能承受20V电压和12W的功率， 准确度要求达到0.1级。(2)电阻R3的阻值为2kQ、20kQ和200k Ω，要求能承受120V电压和10W的功率，
准确度要求达到0.1级。(3)电阻R4的阻值由五个调节部分组成，可以调节的最大值为12. IlkQ。要求能承受20V电压、IW的功率，准确度要求达到0. 1级。在测量电压负荷箱时，读数为导纳值，即可读到0. OOOlSo(4)电容C的最大值为12 μ F，准确度要求达到0.1级，最大承受电压要达到 20VX3 = 60V。可以采用云母电容并联的方式到达。(5)电流互感器负荷箱与电桥校准电路连接的导线其电阻固定为0. 06Ω。测量电压互感器负荷箱中涉及的元器件在工艺上可以达到，可以采用上述设计制作用于测量互感器负荷箱校准装置。
以下结合附图2本实用新型进一步说明。实施例一电压互感器负荷箱输入电压为100V，cos Φ = 0. 8，当额定负荷为20VA时，rx = 400 Ω，Lx = 0· 96Η，R21 = 50 Ω，电桥平衡原理得到R3 = 8R4，计算R3至少为1. 7k Ω。取R3 =2k Ω，那么 R4 = 250 Ω，C = 9. 6uF。即 K1 连接到 1#。有功分量
1 1 ^roR4 250 ^ro- = —= 2.5mS ,R4 = 250 Ω,读数时 # = 50χ2000 = 2 5mS。既然单位选择为
mS,即将R3缩小1000倍后乘以50得到R4应该缩小的倍数。因为R3都是以kQ为单位的， 所以对于缩小1000倍的运算相当方便，可以直读。根据以上分析可知当电压互感器负荷箱的负荷在1. 25 20VA时，读数为R4的值缩小100倍。读数的单位是mS。无功分量无功分量就是测量负荷箱里面的电感值，以H为单位。用上面的例子，Lx = 0. 96H， Lx = R2R3C = 50 X 2000C = 0. 96H得到C = 9. 6uF。既然单位选择为H，那么就是将R3缩小 1000倍后与50相成后，乘以C的值再缩小1000倍就得到测量L的值。根据以上分析可知当电压互感器负荷箱的负荷在1. 25 20VA时，读数为C的值缩小10倍。读数的单位是H。实例二电压互感器负荷箱输入电压为100/ V 3ν,οο8φ = 0. 8，当额定负荷为40VA时，rx=66. 6 Ω，Lx = 0. 16Η, R22 = 5 Ω，R3 = 20k Ω，R4 = 1. 5k Ω，C = 1. 6uF。即 K1 连接到 2#。有功分量
权利要求1. 一种高准确度互感器负荷箱校准装置，是基于麦克斯韦原理的、用于测量阻抗的LC 交流电桥，所述的电桥由四个桥臂、检流计和外加电源组成；被试品负荷箱是桥臂中的一支，为串联感抗元件Lx和rx，还有二个电阻臂和一个阻容臂，其特征在于二个电阻臂R2和 R3均是不同阻值的可单独接入的三支电阻，电容臂由可调电容C和可调电阻R4并联组成， 可调电容C是4个可变电容盘，可调电阻R4是4个电阻调节盘。
专利摘要本实用新型涉及一种高准确度互感器负荷箱校准装置，该装置采用麦克斯韦电桥原理，调节电桥中电容桥臂的电阻电容值，即可方便的计算出被测负荷箱的阻抗值，其准确度只与阻容元件及电路固有元件的准确度有关，测试结果不受电源频率或谐波等质量影响，溯源性好，校准方法科学，测量准确度有较大的提升空间。
文档编号G01R35/02GK202110271SQ20112014132
公开日2012年1月11日 申请日期2011年5月6日 优先权日2011年5月6日
发明者余春雨, 冯宇, 吴士普, 李璿, 毛安澜, 汪本进, 王晓琪, 王欢, 王玲, 费晔, 陈晓明, 项琼 申请人:国网电力科学研究院
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