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專利名稱：電力設(shè)備介質(zhì)損失和電容量自動測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動測量電力設(shè)備介質(zhì)損失和電容量的儀器，特別是適用于電力設(shè)備在電力系統(tǒng)運(yùn)行的場合和功率因數(shù)很小的情況下測量功率。
目前國內(nèi)外測量電力設(shè)備的介質(zhì)損失和電容量，多采用西林電橋，在我國廣泛采用的是上海電表廠生產(chǎn)的QSI型交流電橋，該電橋是手動平衡的電橋，，根據(jù)平衡時的參數(shù)求出介質(zhì)損失角正切值tgδ和電容量C。用QSI電橋測量介質(zhì)損失和電容量。其缺點(diǎn)是調(diào)平衡操作麻煩，費(fèi)時，經(jīng)常操作的元件容易出故障，在光線強(qiáng)的地方檢流計(jì)的光帶很難看清楚，在tgδ和C隨時間變化的場合因無法平衡而無法使用QSI電橋，電力設(shè)備帶電運(yùn)行下亦無法使用QSI電橋。50年代國外有一種自動平衡電橋，是利用機(jī)械的方法實(shí)現(xiàn)電橋自動平衡，這種電橋價(jià)格昂貴，不能在電工行業(yè)中普遍應(yīng)用，只在很特殊的場合使用過;而且，用機(jī)械方法自動調(diào)平衡的時間較長，無法在tgδ和C隨時變化的場合使用，目前國內(nèi)外雖然有許多其它類型的測量電阻，電感和電容的電橋或儀器，但由于它們都是采用高頻率(10KHz或以上)和低電壓(幾百伏或以下)的方法，不適宜于測量電力設(shè)備的tgδ和C;因?yàn)椋瑴y量電力設(shè)備介質(zhì)損失的特點(diǎn)為高電壓(10Kv或以上)50Hz和低功率因數(shù)(COSθ＝sinδ≈0.005～0.06)。目前電力系統(tǒng)中仍然廣泛采用QSI電橋這種50年代的產(chǎn)品，其原因就在于尚未找到功率因數(shù)非常小(0.005～0.06)的情況下能準(zhǔn)確自動測出功率的方法，尚未找到能代替QSI電橋的儀器。
本發(fā)明的目的是為了克服用西林電橋測量電力設(shè)備介質(zhì)損失和電容量的上述缺點(diǎn)，找出能取代QSI電橋的測量電力設(shè)備介質(zhì)損失和電容量的新方法和新的儀器，以提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。
本發(fā)明采用新的構(gòu)思和應(yīng)用集成電路技術(shù)，設(shè)計(jì)出介質(zhì)損失和電容量的自動測量儀，其基本原理為，分別測出待測信號的有功分量，待測信號的無功分量以及參考信號的無功分量后，將待測信號的有功分量除以待測信號的無功分量。得介質(zhì)損失角正切值，將待則信號的無功分量除以參考信號的無功分量，得待測試品的電容量，由于待測信號的功率因數(shù)很小(0.005～0.06)。本發(fā)明采用自動補(bǔ)償?shù)舸郎y信號中的無功分量的方法，以實(shí)現(xiàn)有功分量的準(zhǔn)確測量。
本發(fā)明與目前在電工行業(yè)中廣泛采用的QSI型交流電橋相比，具有重量輕，體積小，測量范圍寬，準(zhǔn)確度高，不需要調(diào)平衡，直接讀數(shù)，讀數(shù)不受外施電壓變化的影響，適用于Tgδ和C變化的場合，以及適用于電力設(shè)備帶電運(yùn)行的場合等優(yōu)點(diǎn)。此外，應(yīng)用本發(fā)明所述的方法，可用普通瓦特表指示功率因數(shù)很小的功率。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳述。


圖1電力設(shè)備介質(zhì)損失和電容量自動測量儀原理框圖。
圖2儀器所涉及的信號的向量圖。
圖3自動補(bǔ)償無功分量的原理圖。
圖4Tgδ和C自動測量儀電路框圖。
如圖1，本發(fā)明由待測信號轉(zhuǎn)換器(1)，參考信號轉(zhuǎn)換器(2)，有功分量檢測器(3)，無功分量檢測器(4)，參考無功分量檢測器(5)，除法功能器(6及7)，以及指示器(8及9)組成。
待測信號轉(zhuǎn)換器(1)及參考信號轉(zhuǎn)換器(2)，根據(jù)實(shí)際的測量條件，可以分別或同時由阻容分壓器、電容分壓器、電阻分壓器、互感器、電流電壓變換器或放大器組成。
有功分量的檢測(3)和無功分量的檢測(4)，均采用四象限乘法功能塊完成，其基本原理結(jié)合圖2加以說明。圖2中，設(shè)U為作用于電力設(shè)備上的電壓，UNo為與U成90度的參考電壓Ix為流過電力設(shè)備的電流，Ic為Ix的無功分量，IR為Ix的有功分量，Uxo與Ix同相位，設(shè)U＝UmSinwtUxo＝Uxomsin(wt+θ)UNo＝UNomsin(wt+π/2)檢測無功分量時，將Uxo及UNo輸入到一個四象限乘法功能塊中，則該乘法功能塊的輸出正比于[Cosδ-sin(2wt+θ)]采用濾波器濾去交變分量后，就剩下正比于Cos的直流分量，由于正常的電力設(shè)備，δ很小，Cos≈i，而濾波器的紋波因數(shù)一般可達(dá)0.1%，因此，上述方法可保證測量無功分量的準(zhǔn)確度。
檢測有功分量時，如果將Uxo及U直接輸入到一個乘法功能塊中，那么，這時該乘法功能塊的輸出正比于[Sinδ-Cos(2wt+θ)]由于正常的電力設(shè)備，sinδ≈0.005～0.06，因此，這時即使采用0.1%紋波因數(shù)的濾波器濾去交變分量，測量出的有功分量其準(zhǔn)確度也不能保證。
為了克服上述困難，本發(fā)明中，測量介質(zhì)損失時，或測量功率因數(shù)很小的功率損失時，不是直接將Uxo與U輸入到一個乘法功能塊中，而是如圖3，首先將Uxo的無功分量進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償?shù)姆椒椋瑢xo放大KUNom倍，得到新的向量Ux。將Uno放大KUxom倍得到新的向量Un這樣一來，Ux和UN幅值相等，UN的相位與UNo相同，Ux的相位與Uxo相同;Ux減UN得到一個新的向量UNx。然后，以UNX和U輸入到一個四象限乘法功能塊中，該乘法功能塊的輸出正比于(Cosθ)/(Cosδ／2) [Cosδ/2-Cos(2wt- (δ)/2 )]再用濾波器濾去交變分量，即得到與Cosθ成正比的輸出量，由于Cosδ/2≈1，采用0.1%的紋波因數(shù)的濾波器、可滿足準(zhǔn)確度的要求。
測量介質(zhì)損失時，一般習(xí)慣上不是以功率表示，而是以tgδ表示，為此，本發(fā)明采用除法功能器(6)得出與tgδ成正比的量。
參考無功分量檢測器(5)的輸出，是根據(jù)測量電容量的需要，以使無功分量除以參考無功分量后，除法功能器(7)輸出的量能正比于待測電容量為條件。
指示器(8)和(9)，可根據(jù)實(shí)際需要，采用指針式。數(shù)字式或自動記錄式儀表。
圖1與QSI型交流電橋相對應(yīng)，是同時測量tgδ和C的原理框;為了節(jié)省元件。功能塊(3)，(4)，(5)可以有共用部分。若實(shí)際上只需要測量有功分量，或無功分量，或tgδ或C時，圖1時，圖1可以簡化。
實(shí)施例同時自動測量tgδ和C的電路框如圖4。待測信號轉(zhuǎn)換器(1)由無感電阻R與試品Cx串聯(lián)及放大功能塊(11)組成。C為試品Cx的電容量。參考信號轉(zhuǎn)換器(2)，由無感電阻RN與標(biāo)準(zhǔn)電容器CN串聯(lián)及放大功能塊(21)組成。有功分量檢測器(3)由功能塊(3451)，(341).(31)(32).(33)(34)(35)及(36)組成;(3451)及(31)為峰值檢測功能塊，(341)和(32)為乘法功能塊。(341)輸出的幅值與(32)輸出的幅值相同;33為放大功能塊，由運(yùn)算放大器構(gòu)成;(341)和(32)的連接方式，保證(33)的輸入相當(dāng)于UNX;(33)的目的是將UNx適當(dāng)放大;(34)是移相功能塊，其目的是使輸出的電壓其相位與U相同;(35)為乘法功能塊;(36)為濾波功能塊，采用運(yùn)算放大器構(gòu)成，其目的是只允許直流通過，濾波器的紋波因數(shù)0.1%即可保證測量的準(zhǔn)確度。無功分量檢測器(4)由功能塊(3451)，(341)。(41)，及(42)組成;(41)為乘法功能塊。(41)的一對輸入接到(341)的輸出端，目的是使tgδ的讀數(shù)不受外施電壓幅值的影響;(42)為濾波功能塊，采用運(yùn)算放大器組成，目的是只允許直流通過，紋波因數(shù)達(dá)到0.1%即可保證測量的準(zhǔn)確度，參考無功分量檢測器(5)由功能塊(3451)。(51)及(52)組成;(51)為平方器功能塊，(52)為乘法功能塊，這些功能塊的作用，是使電容量的讀數(shù)只與待測電容量C成正比，而與外施電壓無關(guān)，除法功能器(6)由(61)及(62)組成;(61)為除法器;(62)為電壓調(diào)節(jié)器，其作用是使tgδ讀數(shù)與儀表刻度相適應(yīng);(62)根據(jù)實(shí)際情況，可以是電阻分壓器或放大功能塊;如無必要，(62)可省去，除法功能器(7)由(71)及(72)組成;(71)為除法器(72)為電壓調(diào)節(jié)器;(72)的作用是使電容量C的讀數(shù)與指示儀表的刻度相適應(yīng);(72)根據(jù)實(shí)際情況，可以是電阻分壓器或放大功能塊;如無必要，(72)可省去。指示器(8)指示tgδ之值;指示器(9)指示C之值;指示器(8)及(9)可根據(jù)實(shí)際需要，采用指針式，數(shù)字式或自動記錄式電壓表。(3451)為(3).(4)及(5)的共用部分。(341)為(3)及(4)的共用部分。
只需要自動測量tgδ時，省去圖4中的(51)，(52)，(71)，(72)及(9)。只需要要自動測量C時，省去(3)，(6)，(8)，(341)及(52)。只需要測量有功功率時。省去(4).(5).(6).(7)及(9);當(dāng)指示器采用瓦特表時，再省去(35)及(36)，并且將瓦特表置于相當(dāng)于(35)的位置;功率因數(shù)很小時，以往不僅不能用普通瓦特表準(zhǔn)確測量功率，而且也不能用現(xiàn)有的低功率因數(shù)瓦特表準(zhǔn)確測量;本發(fā)明中由于采用圖3所說明的自動補(bǔ)償無功分量的技術(shù)，不僅可用低功率因數(shù)瓦特表來測量，而且可用普通瓦特表來測量。
權(quán)利要求
1.電力設(shè)備介質(zhì)損失和電容量自動測量儀，其特征是，由待測信號轉(zhuǎn)換器(1)，參考信號轉(zhuǎn)換器(2)，有功分量檢測器(3)，無功分量檢測器(4)，參考無功分量檢測器(5)，除法功能器(6及7)和指示器(8及9)等集成電路部件構(gòu)成，有功分量除以無功分量得正比于介質(zhì)損失角正切值的量，無功分量除以參考無功分量，得正比于待測電容量的量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器，其特征是，測量有功分量時，對待測信號的無功分量進(jìn)行自動補(bǔ)償;在功率因數(shù)非常小(0.005～0.06)的情況下，經(jīng)過自動補(bǔ)償后，待測信號的功率因數(shù)可轉(zhuǎn)變成接近于1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的儀器，其特征是，自動補(bǔ)償無功分量的方法是采用二個峰值檢測器和二個乘法功能塊，以及它們的適當(dāng)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，2和3所述的儀器，其特征是，測量有功分量是將補(bǔ)償后的待測信號與參考電壓聯(lián)合輸入到一個乘法功能塊，該乘法功能塊輸出的交變部分用濾波器濾去。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的儀器，其特征是，獲得與外施電壓同相位的參考電壓的方法是采用運(yùn)算放大器組成的移相器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器，其特征是，測量無功分量是采用乘法器和濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1，4和6所述的儀器，其特征是濾波方法采用運(yùn)算放大器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的儀器，其特征是，單獨(dú)測量有功功率時，在待測信號的功率因數(shù)很小(0.005～0.06)的情況下，可采用普通功率因數(shù)瓦特表指示。
全文摘要
電力設(shè)備介質(zhì)損失和電容量包自動測量儀，其特征是采用集成電路技術(shù)將待測信號的有功和無功分量準(zhǔn)確地加以檢測；檢測有功分量時，采用峰值檢測器和乘法器自動補(bǔ)償?shù)粜盘栔械臒o功分量，以提高測量tgδ的準(zhǔn)確度；采用除法器消除外施電壓變化的影響；因此，本儀器不管外施電壓為多少，均能直接讀出tgδ和C；特別適用于電力設(shè)備帶電運(yùn)行情況下自動測量tgδ和C。
文檔編號G01R27/26GK1039118SQ8810405
公開日1990年1月24日 申請日期1988年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月26日
發(fā)明者羅卓林 申請人:羅卓林