[实用新型]一种用于高电压电容介质损耗因数标准校正的介质虚拟装置

说明书

技术领域

本实用新型属于仪器仪表领域，特别涉及一种用于高电压电容介质损耗因数标准校正的介质虚拟装置。

背景技术

当电容施加交流电压后，产生的有功损耗称为介质损耗，理想的电容施加交流电压后，流过电容器的电流与电压是成90度角，当电容器有损耗的时，流过电容器的电流与电压的夹角会小于90度，此时与理想的电容电流Ic之间的夹角δ称之为损耗角，其正切值即为介质损耗因素（tgδ）。

目前的标准损耗器都是采用串联模型的结构，如图1所示，是用一台标准电容器C（接近理想的电容器）与一个电阻器R串联来实现不同的介质损耗因素值。串联模型下的介质损耗因素（tgδ）计算公式：

                        tgδ=ωRC

在工作频率一定，电容C一定的情况下，介质损耗因素的大小与串联的电阻成正比。通过改变R的大小可以改变试品电流与电压之间的夹角，以得到不同的介损值。传统的介损标准器就是采用的此方法实现的。

传统方式的缺陷是：

1、串联电阻上消耗的功率大，串联电阻的上消耗的功率P≈（UωC）²×R      （注：通常电容的容抗远大于R）

在电容量一定的情况下，电阻上消耗的功率与试验电压和串联电阻大小成正比的。也就是试验电压越高，介损档位越大时，串联电阻上消耗的功率越大。

比如当试验电压为200kV，电容量100pF，频率50Hz，tgδ=0.1  时，

R= tgδ/ωC=3.18MΩ

P=（200000×314×100×10-12）2×3.18×106=125W

为了在200kV电压下，用一个100pF标准电容器串联一个电阻器来模拟tgδ=0.1的试品时，需要串联的电阻器电阻值为3.18MΩ，电阻功率必须大于125W，电阻的耐压必须大于20kV，电阻还要求有很高的精度，及很低的温度漂移，才能满足设计要求。事实上这样的电阻器是很难得到的。

2、标准电容器测量端耐压受限

另外从上例中还能发现，电阻器上需要承受20kV的高压，而标准电容器测量端插座（既Ur上端）一般只能允许最高电压为2kV，因此标准电容器测量端的耐压要求也是无法满足的。

3、分布参数影响

如上述的例子，串联电阻阻值达到了3MΩ以上，那么电阻与标准电容器测量端相连的引线对外壳之间分布电容会与串联电阻呈并联关系，还有电阻表面的受潮脏污能都会对电阻的阻抗造成影响。在现实中表现为在不同的环境条件下，介损值会发生变化，不能满足装置最为标准器的要求。

4、不能带电换档。

传统方式切换档位都是采用的机械开关K或插座来实现：如果带电情况下是不允许换档的，会带来不安全因素，一方面切换过程中可能会产生瞬间开路，造成电容器测量端电位太高，产生放电等危险后果。另外通常模拟损耗装置部分离标准电容器距离较近，操作人员是无法靠近的。因此目前传统的标准损耗器使用过程中需要换档，必须将试验电压降至零，并将电容器放电后才可以进行换档。

发明内容

本实用新型的目的针对上述问题提出的一种用于高电压电容介质损耗因数标准校正的介质虚拟装置，利用虚拟模拟技术模拟不同电阻值，同时还可以在一个标准电容器下模拟不同容量的电容器。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种用于高电压电容介质损耗因数标准校正的介质虚拟装置，包括电流取样电路，移相电路、恒流输出电路和微处理单元控制器；所述电流取样电路用取样电阻将流经标准电容器的电流转换为电压信号；移相电路与电压信号连接，所述移相电路含有相位选择开关电路，相位选择开关电路由微处理单元控制器控制，相位选择开关电路根据已知电阻值对应标准电容器电流的相位损耗角选择通路将电压信号进行移相，恒流输出电路的输出为介质虚拟装置的模拟电流输出；其中，所述装置还包括一个应对不同标准电容器输出电流变化的调幅电路，调幅电路的输入与移相电路的输出连接，调幅电路输出连接恒流输出电路，所述微处理单元控制器控制连接调幅电路。

方案进一步是：所述恒流输出电路包括一个负反馈电路，所述负反馈电路包括一个反馈运算放大器，反馈运算放大器的输出驱动一个恒流输出变压器，恒流输出变压器输出了介质虚拟装置的输出电流信号，其中，反馈运算放大器的正极输入连接电压调幅电路输出，电流信号同时作为反馈连接反馈运算放大器的负极输入用以保证调幅电路输出变化等于电流信号的变化。