数字式双钳相位伏安表校准装置的研制

叶跃华，王晓东，周云英

（广东省计量科学研究院，广州 510405）

1 数字式双钳相位伏安表概述

数字式双钳相位伏安表是专门为现场工作测量电压、电流及相位而设计的一种高精度、廉价便携、可输入双通道的测量仪器。数字式双钳相位伏安表广泛应用于各电力电子行业，使用该表可方便地在现场测量两相电压U-U、两相电流I-I及各相电压电流U-I之间的相位，判定感性电路、容性电路及三相电压的相序，测试二次回路与母差保护系统，检测出变压器的绕组接线组别，读取差动保护系统中各组CT间的相位关系，检查电度表的接线是否正确等。同时采用钳形电流互感器的转换方式输入测量电流，无需断开被测线路的工作状态。在测量U1-U2之间相位时，两输入回路可完全绝缘隔离，因而避免了可能出现的误接线造成的被测量线路短路烧毁仪表的风险。

2 数字式双钳相位伏安表校准的必要性

市面上尚未有专门针对可同时调节两相电压电流的相位的校准装置，以往进行数字式双钳相位伏安表的校准工作时，需使用三相标准源进行操作，只需用到A相和B相的电压和电流，C相并没有使用到。因此，电压U3通道需开路，电流I3通道需短路。操作人员在需谨慎检查接线情况，否则可能会造成标准器的报警，甚至损坏。分析和设计数字式双钳相位伏安表校准装置，可以有效的针对通道1和通道2进行操作，避免出现误操作的情况，同时降低了仪器的生产成本，减少了校准仪器的体积和重量，具有便于携带等特点。

3 数字式双钳相位伏安表校准装置的研发原理

校准装置采用的方法：使用微处理器技术，控制FPGA（可编程门阵列），独立调节电压、电流回路，进行D/A转换，通过与基准源比较放大输出电压、电流信号。同时，在LED显示屏上显示出输出信号的量值。试验方法：校准装置主要分为微处理器、硬件电路、LED显示器三个部分。硬件电路为整个项目的核心部分，可编程独立调节电压、电流、相位回路，输出所需要的信号；微处理器用以控制参数选择，及设置输出参数的量值；LED显示器能更直观地显示校准参量的信息。

3.1 技术方案

根据系统设计制定目标，选择确定各部分的技术方案，确立采用如图1技术路线。整个研究过程按照该路线有序进行，研究过程中出现的所有方案都是为了完成最终的研究目标。研制中方案包括底层硬件方案、信号发生器软件方案、功放及稳定性反馈方案、机箱外观的方案等。

3.2 CPU原理图

CPU控制中心是整个设备研制的难点和重点所在，它是整个设备的控制中心，管理输入、输出通信、人机对话触摸显示屏、波形数据计算、波形叠加控制、D/A电路等。原理如图2：

图1

图2

3.3 可编程FPGA电路原理

FPGA电路采用了内部可配置逻辑模块CLB、逻辑阵列单元LCA、输入输出模块IOB与内部连线三个部分。它作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既可解决定制电路的不足，又能克服原可编程器件有限门电路数的缺点，可允许无限次的编程。

图3

3.4 输出校准和分析

数字式双钳相位伏安表校准装置电压、电流、相位输出需要在输出反馈后进行校准修正。设备电压、电流、相位的校准方法设定如下：

（1）电压校准

电压校准档位220V，电压校准分为满度和设置零点。

（2）电流校准

电流校准分为10mA、100mA、1A满度和设置零点。

（3）相位校准

相位校准分为0°、30°、60°、300°、330°的各个校准点。

4 结束语

综上所述，数字式双钳相位伏安表校准装置的研制，能提高双钳相位伏安表的校准工作效率，实现两相电压、电流、相位的技术改革，具有便携实用、高效节能的优点，但同时也存在着许多不足之处。希望各同行批评指正，以改进技术方法。

[1] 国家质量监督检验检疫总局，JJF1075-2001钳形电流表校准规范 2001.