[其他]强电流通断条件下的数字相位测试仪

说明书

本实用新型属于测试类。

长期以来普遍流行的稳态条件下的相位角测试仪根本无法解决强电流通断条件下的相位角测试。电器行业对强电流通断条件下相位角测试的传统方法是靠光线示波器拍照，然后通过计算进行相位标定。该方法测量速度慢，误差大（±3～4°），不直观。

上海电器技术研究所主刊的《电器技术》一九八二年第四期文：“电器强电流通断试验中相位的精密测量”（作者：方鸿发），介绍了强电流通断条件下工频相位角的测试原理和基本方案，强调了相位前推原理。但是，电网实际工作频率并非单一固定频率（50HZ或60HZ）。而是变化着的频率。特别是强电流通断条件下，极强的干扰常常会导致上述基本原理的失败，仪器无法正常工作。

本实用新型将上述相位前推原理改为相位前推频率跟踪原理，排除各种电、磁干扰影响，为瞬态测试电压电流间相位角提供快速、精密的测试手段。

本实用新型的基本原理是这样的：

参看原理波形示意图1和主框图2。接通试验电流前的电压U₁从负半波变到正半波的过零瞬间，计数门开启，直到试验电流接通后经过七个周波，其直流分量已基本衰减完，试验电流在仪器输入端所产生的电压U₂从负半波变到正半波的过零瞬间，使计数门关闭。从计数门开启到关闭的时间内通过计数门的钟脉冲个数为：

N＝3600×7＋ΔN        （1）

而ΔN＝△t·f₀

∵ (φ)/(360°) ＝ (△t)/(T) ＝△t·f

∴△N＝N－3600×7＝ (φ)/(360°f) ·f₀（2）

φ＝ (360°f)/(f₀) ·△N （3）

式中，f为电压U₁、U₂的频率，f₀为钟脉冲频率，二者可视为常数。由于3600进制计数器具有自动复零、自动计数的功能，所以，计数器输出被显示的数值是△N。从式（3）知，被测相位角φ正比于△N。

这里出现一个问题，即f₀取值为多少才合适？对f为50HZ，△N为1（φ＝0.1°）时，f₀应该取180KHZ，对应φ为2π，显示正好为3600，取一位小数，可直接表示出的相位角为360.0°。但是，对f为49.9HZ，若f₀仍为180KHZ，还是对应φ为2π，显示数就不再为360.0，而是360.72°。如果f为49HZ、48HZ┈，误差就将更大。采用3600倍频锁相技术，可得到f₀等于3600f₀由式（3），即使f偏离50HZ，所显示的相位角误差总是满足要求的（因为式（3）的比例系数为1）。

在图1和图2中，U₁为被测回路端电压，U₂为通断电流在取样回路产生的端电压，U₃为双电源系统供电回路端电压。由于强电流接通以后，U₁几乎为零，所以，图1中U₁以虚线表示。

发明的实施由图3所示的具体结构框图和图4通道图实现。

仪器由三个通道（18）、（19）、（20，门控电路（4）、（11），3600进制计数器（6），计数门（5），译码门显示器（7），3600倍频锁相环（17）等主要部分组成。

第一个通道，即U₁通道，又称为电压通道（18），包括干扰抑制器（13）、衰减器（14）、低通滤波器（15）和放大整形器（16）。其中干扰抑制器是一种π型LC低通滤波器，上截止频率1MHZ，电感线圈双线并绕在铁氧体磁芯上，要求尽可能减少分布电容。衰减器按测量范围比例衰减，其输出电压归一到0.2V（满量程）。低通滤波器实际上是由同相比例放大器构成的低通有源滤波器，其闭环增益为10，上截止频率为200HZ。放大整形器闭环增益为30，目的在于提高整形波形的质量。

第二个通道，即U₂通道，又称为电流通道（19）。它除了包括U₁通道的内容外，还包括U₃通道开始计数和关闭计数门的控制电路门1（4）。它的输入信号是由电流互感器取得。U₂从出现到直流分量衰减为零，大约要经过七个周波的时间。