專利名稱：一種高精度交流大電流輸出裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電流輸出裝置，具體涉及一種高精度交流大電流的輸出裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)今社會(huì)對電能質(zhì)量的要求越來越高，各種電力監(jiān)測設(shè)備，如電能質(zhì)量分析儀、無功補(bǔ)償裝置、諧波監(jiān)測設(shè)備等的研究已經(jīng)十分廣泛，但不管是那種電網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備，它都是通過傳統(tǒng)的互感器從電網(wǎng)上取樣下來進(jìn)行分析的。電網(wǎng)電流大小在實(shí)際負(fù)荷影響下不斷變化，精度較低，而且普通電網(wǎng)電流大小往往不大于50A，精度在輸出電流的千分之一以上。相對于普通電網(wǎng)，高壓電網(wǎng)的主干線又存在危險(xiǎn)性大的缺點(diǎn)，不便于研究。這樣，要驗(yàn)證傳統(tǒng)互感器在傳遞諧波時(shí)的性能，必須要借助高精度，高保真，高穩(wěn)定度的電流輸出裝置。驗(yàn)證互感器在傳遞含有諧波的電網(wǎng)電流時(shí)的性能，首先我們要模擬電網(wǎng)中的電流。電網(wǎng)中的電流是變化的，主干線路上的電流在用電高峰期時(shí)，電流很大，在其他時(shí)間可能比較小。用于傳遞電網(wǎng)電流的互感器的跨度一般都較大，要求其能覆蓋電網(wǎng)中所有電流值。所以對上述電流輸出裝置還要求其輸出的電流能任意可調(diào)，電流輸出范圍要達(dá)到O到250A甚至以上，這樣才能在實(shí)驗(yàn)室對互感器的性能作全面的驗(yàn)證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高精度交流大電流輸出裝置，此裝置可以為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證傳統(tǒng)互感器在傳遞諧波時(shí)的性能提供可靠的信號源，也可為電子式互感器的頻率影響量實(shí)驗(yàn)、及其他需要高精度交流大電流的領(lǐng)域提供輸出裝置。本發(fā)明的技術(shù)問題通過如下技術(shù)方案解決，一種高精度交流大電流輸出裝置，其特征在于，所述輸出裝置包括
智能高精度交流信號源，輸出零到十伏、電氣指標(biāo)任意可調(diào)的高精度交流信號；
兩路信號轉(zhuǎn)換輸出電路，分別輸入所述高精度交流信號并在完成處理后以并聯(lián)方式輸出，以便使所述輸出裝置的輸出電流的大小翻倍；
所述信號轉(zhuǎn)換輸出電路包括兩輸入端分別通過限流電阻Rl和R2以差分方式輸入所述高精度交流信號的高保真運(yùn)算放大器U1B，負(fù)向輸入端與所述高保真運(yùn)算放大器UlB輸出端通過電阻R3相連、正向輸入端通過電阻R6接地的高保真功放管U3A，以及一次繞組一端連接所述高保真功放管U3A輸出端、另一端接地的大功率變壓器，所述高保真功放管U3A通過大功率A C-DC電源供電，其輸出端和輸入端之間設(shè)有隔直電路，所述大功率變壓器的輸出端和所述高保真功放管U3A的輸入端之間設(shè)有反饋電路，所述大功率變壓器的輸出端引出作為本路信號轉(zhuǎn)換輸出電路的輸出端。所述智能高精度交流信號源輸出的高精度交流信號的電氣指標(biāo)是指信號的頻率、相位、幅值、諧波含有率等。所述反饋電路由依次串聯(lián)的高精度電流互感器CT和I/V變換模塊組成，所述高精度電流互感器CT的一次繞組的兩端串聯(lián)在所述大功率變壓器二次繞組的一端與所述輸出裝置的輸出端之間，所述Ι/ν變換模塊的輸出端與所述大功率功放模塊輸入端相連。所述I/V變換模塊主要由運(yùn)算放大器U2B構(gòu)成，運(yùn)算放大器U2B的同向端接地，反向端接反饋電阻R5，其同向端和反向端還分別與高精度電流互感器的二次繞組的兩端相接，運(yùn)算放大器U2B的輸出端通過電阻R4輸出到高保真功放管的負(fù)向輸入端。所述隔直電路主要由前級運(yùn)放U4B、后級運(yùn)放U4A及電容C12組成，前級運(yùn)放U4B的同向端接地，反向端通過電阻R7與高保真功放管的的輸出端連接，前級運(yùn)放U4B的輸出端與其方向端之間接有反饋電阻R8，其輸出端還通過電阻R9與后級運(yùn)放U4A的同向端相連，后級運(yùn)放U4A的反向端與其輸出端短接并進(jìn)一步與電容C12的一側(cè)和高保真功放管U3A的正向輸入端連接，電容C12的另一側(cè)與后級運(yùn)放U4A的同向端相連。普通的反饋電路是直接從功放輸出端建立反饋回路的，只能保證功放輸出端的穩(wěn)定度，不能維持變壓器輸出端的穩(wěn)定度達(dá)到要求；另外，普通反饋電路功放正向輸入端未建 立隔直電路，變壓器相對直流來說是直接短路的，若功放有直流分量，極易導(dǎo)致變壓器發(fā)熱相對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果
本發(fā)明采用兩路信號轉(zhuǎn)換輸出電路并聯(lián)輸出的方式大大增大了所述輸出裝置的輸出電流，對應(yīng)于智能高精度交流信號源輸出的高精度交流信號的變化，本發(fā)明的所述輸出裝置能輸出(Γ300Α甚至更大的電流；本發(fā)明設(shè)置反饋電路和隔直電路，充分利用了反饋手段，使本輸出裝置的穩(wěn)定度能達(dá)到O. 01 ;本發(fā)明設(shè)置功放管向負(fù)載提供足夠信號功率，并在其輸出端耦合大功率變壓器，充分實(shí)現(xiàn)阻抗變換，以便能驅(qū)動(dòng)更大負(fù)載，本發(fā)明的最大帶載可達(dá)到500W;本發(fā)明的輸出裝置由高精度、高保真的部件組成，且兩路信號轉(zhuǎn)換輸出電路構(gòu)成完全相同且輸入同一信號，使經(jīng)信號轉(zhuǎn)換輸出電路處理后輸出的兩路電流信號具有相同的頻率、相位、幅值、波形失真度等，使兩路輸出信號可以完全疊加且不影響整體性能，在裝置輸入端賦予輸入信號的任何屬性，都能在輸出端完整體現(xiàn)，可以作為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證傳統(tǒng)互感器在傳遞諧波時(shí)的性能的可靠信號源，也能為電子式互感器的頻率影響量實(shí)驗(yàn)、及其他需要高精度交流大電流的領(lǐng)域提供技術(shù)支持。


圖I為本發(fā)明的大高精度交流大電流輸出裝置的原理框 圖2為本發(fā)明的大高精度交流大電流輸出裝置的電路原理圖(智能高精度交流信號源未畫出)。
具體實(shí)施例方式如圖1、2所示，本發(fā)明的高精度交流大電流輸出裝置包括智能高精度交流信號源(是現(xiàn)有成熟技術(shù))、大功率A C-DC電源和兩路信號轉(zhuǎn)換輸出電路，兩路信號轉(zhuǎn)換輸出電路的輸出端并聯(lián)以便使本發(fā)明的輸出裝置的輸出電流的大小翻倍。每路信號轉(zhuǎn)換輸出電路主要由高保真運(yùn)算放大器U1B、大功率功放管U3A、大功率變壓器、隔直電路和反饋電路組成。其中，隔直電路設(shè)于大功率功放管U3A輸出端與輸入端之間，反饋電路設(shè)于大功率變壓器輸出端與大功率功放管U3A輸入端之間，由依次串聯(lián)的高精度電流互感器CT和I/V變換模塊組成，大功率A C-DC電源與所述高保真功放管U3A相連，為其提供驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需的能量。由于本發(fā)明的輸出裝置是大電流輸出，根據(jù)公式P=I*I*R可知，在輸出IOOA的情況下O. 01歐姆的接觸電阻就要造成100W的負(fù)載額，本發(fā)明的輸出裝置設(shè)計(jì)的輸出電流為300A，帶載能力為500A，故大功率AC-DC電源至少要能提供IOOOff的功率。圖2為本發(fā)明的電路原理圖，由于兩路信號轉(zhuǎn)換輸出電路的結(jié)構(gòu)和輸入、輸出都相同，下面只就其中一路作具體說明。如圖2所示，智能高精度交流信號源(圖中未畫出)輸出零到十伏、電氣指標(biāo)任意可調(diào)的高精度交流信號，所述高精度交流信號以差分方式輸入到高保真運(yùn)算放大器U1B。差分方式可以有效降低共模噪聲，提高系統(tǒng)的精確度，同時(shí)還能限制其輸出信號的幅值，對串于其輸出端的高保真功放管U3A起到功放輸入保護(hù)的作用。高精度交流信號的信號+通過限流電阻Rl輸入到高保真運(yùn)算放大器UlB的同向端，信號-通過限流電阻R2輸入到高保真運(yùn)算放大器UlB的反向端。高保真運(yùn)算放大器UlB的輸出端通過電阻R3與高保真功放管U3A的負(fù)向輸入端相連，高保真功放管U3A的正向輸入端通過電阻R6接地，其輸出端與大功率變壓器一次繞組的一端相連，大功率變壓器一次繞組的另一端接地，大功率變壓器二次繞組的兩輸出端引出作為本路信號轉(zhuǎn)換輸出電路的輸出端。本發(fā)明在高保真功放管U3A的輸出端耦合大功率變壓器，不斷能增大本發(fā)明的負(fù)載承載能力，而且由于變壓器的隔離，可以有效防止外接負(fù)載出現(xiàn)異常時(shí)，對本發(fā)明的輸出裝·置造成損壞。反饋電路中的高精度電流互感器CT的一次繞組的兩端串聯(lián)在大功率變壓器二次繞組的一端與本發(fā)明的輸出裝置的輸出端之間，二次繞組的兩端輸出到Ι/v變換模塊，高精度電流互感器CT在變壓器輸出端將大電流感應(yīng)成毫安級的電流信號，并將該電流信號經(jīng)Ι/v轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)變成電壓信號后，接到功放高保真功放管U3A輸入端。I/V變換模塊主要由運(yùn)算放大器U2B構(gòu)成，運(yùn)算放大器U2B的同向端接地，反向端接反饋電阻R5，其同向端和反向端還分別與高精度電流互感器CT的二次繞組的兩端相接，運(yùn)算放大器U2B的輸出端通過電阻R4輸出到高保真功放管U3A的負(fù)向輸入端。通過反饋電路，可以使本發(fā)明的輸出裝置在外部負(fù)載發(fā)生變化的情況下，依然保持恒流輸出，保證大功率功放管輸出的穩(wěn)定性和精度。設(shè)于高保真功放管U3A的輸出端與輸入端之間的隔直電路主要由前級運(yùn)放U4B、后級運(yùn)放U4A及電容C12組成，前級運(yùn)放U4B的同向端接地，反向端通過電阻R7與高保真功放管U3A的的輸出端連接，前級運(yùn)放U4B的輸出端與其方向端之間接有反饋電阻R8，其輸出端還通過電阻R9與后級運(yùn)放U4A的同向端相連，后級運(yùn)放U4A的反向端與其輸出端短接并進(jìn)一步與電容C12的一側(cè)和高保真功放管U3A的正向輸入端連接，電容C12的另一側(cè)與后級運(yùn)放U4A的同向端相連。隔直電路對變壓器具有輸入保護(hù)的作用，高保真功放管U3A不能輸出直流分量，如輸出直流，將會(huì)導(dǎo)致接于其輸出端的大功率變壓器燒壞。智能高精度交流信號源輸出的高精度交流信號分別經(jīng)兩路信號轉(zhuǎn)換輸出電路處理后，分別輸出兩路交流電流，即Loutl+和Loutl-及Lout2+和Lout2_,每路可達(dá)150A,將Ioutl+和Iout2+并聯(lián)組成本發(fā)明的輸出裝置的一輸出端Lout+，Ioutl-和Iout2_并聯(lián)組成本發(fā)明的輸出裝置的另一輸出端Lout-,此時(shí)輸出的交流電流可達(dá)300A。由于本發(fā)明的兩路信號轉(zhuǎn)換輸出電路使用的是同一輸入信號，且輸入信號所經(jīng)歷的通道環(huán)境相同，所以兩路轉(zhuǎn)換輸出電路輸出的兩路交流信號擁有相同的頻率、相位、幅值、波形失真度等指標(biāo)，兩路交流電流能完全疊加而不影響整體性能，即在輸入端賦予輸入信號任何屬性，都能在輸出端體現(xiàn)出來。本發(fā)明的高精度大電流輸出裝置采取的是電流并聯(lián)輸出的原理，使對每路信號轉(zhuǎn)換輸出電路中的各元器件如互感器、功放、變壓器的要求降低了一半，不僅能降低技術(shù)難度、節(jié)省搭建成本，而且利于使系統(tǒng)具有更高的輸出精度、穩(wěn)定度，更低的失真度。通過對智能高精度交流信號源的輸出進(jìn)行控制，改變其輸出的交流信號的幅值大 小，即可控制裝置輸出端的交流大電流的大小，為保證輸出的精確度，要求本輸出裝置輸出回路所采用的元器件都為低溫漂，高精度的元器件。
權(quán)利要求
1.一種高精度交流大電流輸出裝置，其特征在于，所述輸出裝置包括 智能高精度交流信號源，輸出零到十伏、電氣指標(biāo)任意可調(diào)的高精度交流信號； 兩路信號轉(zhuǎn)換輸出電路，分別輸入所述高精度交流信號并在完成處理后以并聯(lián)方式輸出，以便使所述輸出裝置的輸出電流的大小翻倍； 所述信號轉(zhuǎn)換輸出電路包括兩輸入端分別通過限流電阻Rl和R2以差分方式輸入所述高精度交流信號的高保真運(yùn)算放大器U1B，負(fù)向輸入端與所述高保真運(yùn)算放大器UlB輸出端通過電阻R3相連、正向輸入端通過電阻R6接地的高保真功放管U3A，以及一次繞組一端連接所述高保真功放管U3A輸出端、另一端接地的大功率變壓器，所述高保真功放管U3A通過大功率A C-DC電源供電，其輸出端和輸入端之間設(shè)有隔直電路，所述大功率變壓器的輸出端和所述高保真功放管U3A的輸入端之間設(shè)有反饋電路，所述大功率變壓器的輸出端引出作為本路信號轉(zhuǎn)換輸出電路的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高精度交流大電流輸出裝置，其特征在于，所述智能高精度交流信號源輸出的高精度交流信號的電氣指標(biāo)是指信號的頻率、相位、幅值、諧波含有率。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高精度交流大電流輸出裝置，其特征在于，所述反饋電路由依次串聯(lián)的高精度電流互感器CT和I/V變換模塊組成，所述高精度電流互感器CT的一次繞組的兩端串聯(lián)在所述大功率變壓器二次繞組的一端與所述輸出裝置的輸出端之間，所述Ι/v變換模塊的輸出端與所述大功率功放模塊輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高精度交流大電流輸出裝置，其特征在于，所述I/V變換模塊主要由運(yùn)算放大器U2B構(gòu)成，運(yùn)算放大器U2B的同向端接地，反向端接反饋電阻R5，其同向端和反向端還分別與高精度電流互感器的二次繞組的兩端相接，運(yùn)算放大器U2B的輸出端通過電阻R4輸出到高保真功放管的負(fù)向輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4任一項(xiàng)所述的高精度交流大電流輸出裝置，其特征在于，所述隔直電路主要由前級運(yùn)放U4B、后級運(yùn)放U4A及電容C12組成，前級運(yùn)放U4B的同向端接地，反向端通過電阻R7與高保真功放管的的輸出端連接，前級運(yùn)放U4B的輸出端與其方向端之間接有反饋電阻R8，其輸出端還通過電阻R9與后級運(yùn)放U4A的同向端相連，后級運(yùn)放U4A的反向端與其輸出端短接并進(jìn)一步與電容C12的一側(cè)和高保真功放管U3A的正向輸入端連接，電容C12的另一側(cè)與后級運(yùn)放U4A的同向端相連。
全文摘要
一種高精度交流大電流輸出裝置，包括智能高精度交流信號源，輸出零到十伏、電氣指標(biāo)任意可調(diào)的高精度交流信號；兩路信號轉(zhuǎn)換輸出電路，分別輸入所述高精度交流信號并在完成處理后以并聯(lián)方式輸出，以便使所述輸出裝置的輸出電流的大小翻倍；所述信號轉(zhuǎn)換輸出電路包括依次串聯(lián)的高保真運(yùn)算放大器、高保真功放管和大功率變壓器，所述高保真功放管通過大功率ＡＣ－ＤＣ電源供電，其輸出端和輸入端之間設(shè)有隔直電路，所述大功率變壓器的輸出端和所述高保真功放管U3A的輸入端之間設(shè)有反饋電路，所述大功率變壓器的輸出端引出作為本路信號轉(zhuǎn)換輸出電路的輸出端。本發(fā)明可以為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證傳統(tǒng)互感器在傳遞諧波時(shí)的性能提供可靠的信號源。
文檔編號G01R1/28GK102841227SQ20121028975
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者趙偉, 孫衛(wèi)明, 胡嘉, 孟慶亮, 孟金嶺, 黎沛, 黃建鐘 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院