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电能表现场校验仪的硬件原理和功能的实现

随着电网建设的逐步完善, 相应的电力配电装置得到了迅猛的发展,电能表的准确度等级越来越高,对电能表现场校验仪的要求也随之提高,电能表现场校验仪电能指标一般要求达到0.05 级,功能上要有谐波分析、错误接线判断、向量图显示、更正系数计算等,另外所测数据要求被保存并能上传到PC机供管理应用,还要求携带方便,体积小、功耗低,因此采用ARM和CP2102技术就能很好的满足设计要求。

电能表的工作原理

当把电能表接入被测电路时,电流线圈和电压线圈中就有交变电流流过,这两个交变电流分别在它们的铁芯中产生交变的磁通;交变磁通穿过铝盘,在铝盘中感应出涡流;涡流又在磁场中受到力的作用,从而使铝盘得到转矩(主动力矩)而转动。负载消耗的功率越大,通过电流线圈的电流越大,铝盘中感应出的涡流也越大,使铝盘转动的力矩就越大。即转矩的大小跟负载消耗的功率成正比。功率越大,转矩也越大,铝盘转动也就越快。铝盘转动时,又受到永久磁铁产生的制动力矩的作用,制动力矩与主动力矩方向相反;制动力矩的大小与铝盘的转速成正比,铝盘转动得越快,制动力矩也越大。当主动力矩与制动力矩达到暂时平衡时,铝盘将匀速转动。负载所消耗的电能与铝盘的转数成正比。铝盘转动时,带动计数器,把所消耗的电能指示出来。这就是电能表工作的简单过程。

一、硬件原理

硬件由模拟输入通道、采样保持电路、A/D转换器、CP2102数字信号处理器、ARM及其外围器件组成。输入通道中,三相电压直接接入,经过精密电阻分压取样到A/D转换器。电流采样分为经内附精密互感器、钳型互感器、500A钳型互感器三种方式获得以适应现场校验的不同需求。

采集到的信号经16位串行A/D转换将模拟信号变换为数字信号。由采样保持器保证采样的同步性,使每相电压、电流同时采样,zui后以串行方式输入给数字信号处理CP2102。CP2102是数字信号处理器(Digital Singnal Processor)的简称,它对采样信号进行高速运算、加工处理并将处理结果经总线传送给中央处理器ARM。中央处理器ARM对CP2102处理结果进行后期处理,实现人机对话、数据存储、功能切换等功能。显示器采用640×480分辨率的26k真彩色大屏幕,背景色可调以适应不同环境。

二、功能的实现

仪器的设计指标为0.05级,主要由采样电路和A/D来保证,算法也有很大的影响。该仪器采用非同步采样,采样频率与被测信号不同步,会带来附加误差,利用软件方法可以修正残余误差。参3经测试,基本电能误差能够满足设计要求。由于ARM的高性能,结合电能表现场校验的各种情况,仪器提供了丰富的扩展功能,主要有以下几个方面。

1.仪器可以从上位机接收待校表信息,包括相线、常数、类型、互感器倍率、编号、变压器容量等,校表时只用输入编号即可调入全部信息进行校验。校验结果存储时也可以包含以上信息并且具有校验时间、误差、测量时的电测量信息。可以手动或通过485得到被校表的峰谷平电量信息,包括正反向有功和正反向无功。存储数量1000块。

2.大屏幕液晶可以在校验界面显示三相电压、电流、功率、频率、功率因数,显示电流档位(基表、钳表、500A钳表)信息。可以显示两个误差,如果是主表副表则显示两块表的误差,如果是多功能电能表则可以同时显示有功、无功误差。

3.能进行走字试验,可进行电能累计,检查电能表字轮的工作状态。

4.能显示相量图和相位值,具备查接线功能(错误或正确的接线),直接计算错误接线情况下的更正系数,可及时追补损失的电量。

5.能够测试计量装置中低压电流互感器CT的角差、比差、误差。

6.具有谐波分析功能,显示线路失真度、各次谐波含量、波形,还可以校验基波表。

7.正是采用了ARM技术,才能使具有强大功能的电能表现场校验仪体积小、功耗(现场校验仪的重要指标)小、便于携带,它必将成为电能计量工作人员的有效设备。 


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