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变频电量测试系统解决方案

变频电量测试系统概述

  经过长期调研,结合用户反馈,通过多年的技术积累,提高产品质量,生产制造企业、科研单位可从两个方面加强变频电量测试仪器计量检测系统的建设:

  1、计量能力建设,完成准确的量值传递过程,相关内容可参阅变频电量计量系统解决方案。

  2、测试能力建设,完成摸底和研究试验,获得科研数据。

  不论是计量还是测试能力均建议建立自动化的控制、采集和数据处理能力,提高试验效率、减少人为干扰。为提升生产制造企业、科研单位变频电量计量检测能力,结合我司计量检测实力,提炼出变频电量测试仪器测试系统总体方案配置。

  变频电量测试仪器具体可指:各种电压/电流传感器及变送器、数字电压表、数字电流表、功率计、功率分析仪、电能表、谐波分析仪以及由变频电量变送器和变频电量测量仪器构成的系统。

  变频电量测试系统从功能上大体可以分为四大部分:变频测试电源、自动测试系统、自动化测试操作台和被测试仪器或系统;

  变频测试电源分类:YM/YD系列变频测试电源、YR系列阶跃响应测试电源、YDS系列双向直流母线电源等;

  自动测试系统组成:100kHz六路采集系统、通讯转换器、专用PC机和上位机软件等;

  自动化计量操作台:时尚操作台主体、航空座椅、打印机等。

变频电量测试系统解决方案

图1 变频电量测试系统解决方案

变频测试源

  测试能力要求尽量覆盖被检对象的量程范围,满足科研生产需要。主要有频率响应测试和阶跃响应测试两大类产品。

01频率响应测试

  采用全数字信号发生技术和大功率串并联功放,产生高电压或者大电流的正弦激励信号,施加给变频电量传感器或测试仪器,通过改变激励信号的频率观察被测传感器或仪器的输出就可以得到它的频率响应。测试系统最核心的就是由全数字信号发生器和大功率串并联功放构成的测试电源,天涛测试电源可全面覆盖0~10kV、0~5kA、1Hz~200kHz的输出范围,可靠性高、稳定性好、全数字化智能化控制。

  有些电源生产厂家采用可调功率电感、电容谐振的方案产生激励电流,通过调节电感和电容参数达到需要的电流幅值或频率。此方案成本较低,但是参数漂动大,电流、频率不稳定,可调性差,不能满足高精度计量检测需求。

表1 YD-50-100A交流大功率变频电源技术参数

输入 相数 3φ3W+G
电压 380V±10%
功率 15kW
频率 50Hz±3Hz
输出(单相) 输出电压 PLC≥50Vrms
输出电流 0~100Arms
输出正弦波频率范围  10Hz~100kHz
电流幅值精度

≤0.05%,10Hz~1kHz;≤0.1%,1kHz~20kHz;

≤0.2%,20kHz~100kHz
稳定度 0.02%/3min
频率精度 0.01%
波形品质(正弦波) THD≤1%
基波波形 正弦波、三角波、方波等(可选谐波)
方波信号特性 上升/下降时间 <10us
过冲 ≤5%
占空比 1%~99%(受当前频率设置限制)
不对称性 周期的2%
三角波 线性度 ≤峰值输出的2%
信号特性 对称性 0%至100%
通讯和操作 操作界面 大屏幕液晶
外部通讯 RS485(标配)
保护 输入 过压、过流、缺相
输出 过压、过温、过流
环境条件和安全 防护等级 IP20(室内 )
冷却方式 强制风冷
环境温度 0~45℃
相对湿度 10~90% (非凝结)
噪音 <65dB
体积 体积(W*D*H) 约1200*1000*2200 mm(内置5套100A模块)
 重量 / 约2000kg
备注:可选谐波输出功能:0~50次谐波,总带宽100kHz;

  100A、100kHz的YD-50-100A交流大功率变频电源是我公司成熟稳定产品,当需要提供更大输出电流时,建议采购若干台同型号产品将输出并绕实现。例如实现500A、100kHz的测试电流实现原理如下:

500A并绕测试原理图

图2 500A并绕测试原理图

  采用5台100A的变频电源模块并绕输出实现500A的测试激励,通过操作台实现同步控制。如此,5台电源模块可以灵活组合,既可以当做5台100A的电源使用也可以当做1台500A的电源使用。5台100A电源的总输入功率仅需75kW,大大低于1台500A电源的输入功率。

  通过操作台发出同步控制信号,同步时间≦5uS。通过电流源输出并绕方式,可灵活实现系统扩容功能,可根据用户实际情况增大电流源系统输出电流,完成3000A变频电量传感器或测试仪器性能测试能力的建设。

02阶跃响应测试

  采用全数字信号发生技术和大功率脉冲功放技术,产生近似理想的高电压或者大电流的方波激励信号,施加给变频电量传感器或测试仪器,观察被测传感器或仪器的输出就可以得到它的阶跃响应即上升时间和下降时间。测试系统最核心的就是由全数字信号发生器和大功率脉冲功放构成的方波测试电源,天涛方波测试电源可全面覆盖0~10kV、0~5kA、0~2kHz的输出范围,di/dt≥2kA/uS,dv/dt≥5kV/uS,且占空比可调,可靠性高、稳定性好、全数字化智能化控制。

序号 阶跃响应测试电源 核心参数 备注
1 YR-1000-2000A方波测试电流源

输出电压:0~1000Vp 输出电流:0~2000Ap 输出频率: 1~2000Hz 占空比调节:1%~99%

电压电流显示精度:≤0.2%•FS di/dt:100A~2000A/uS

详细见阶跃测试电源产品介绍
2 YR-1000-2000A方波测试电流源

输出电压:0~1000Vp 输出电流:0~2000Ap 输出频率: 1~2000Hz 占空比调节:1%~99%

电压电流显示精度:≤0.2%•FS di/dt:100A~2000A/uS

详细见阶跃测试电源产品介绍
可以根据需要进一步提高Vp和Ap范围,最大可以达到50kV和20kA。

自动测试系统

01自动测试系统组成及原理

  自动系统重点关注四个部分:电压电流探头、数字变送器、通讯转换器和上位机软件。电压电流探头用来监测测试电源的输出;电压电流探头的输出和模拟量接口的被测对象的输出的均由数字变送器转换为数字信号上传给上位机。数字量接口的被测对象根据需要由通讯转换器转换连接到上位机。上位机同时采集变频功率源或测试电源和被测对象的输出自动完成校准比对、数据分析,并形成校准报告,同时可以存储打印。

02电流探头

  电流探头的一般要求如下:

  1)电流测量范围10~1000A

  2)最大允许误差0.2%

  3)带宽1MHz以上

03电压探头

  电压探头的一般要求如下:

  1)电流测量范围10~10000V

  2)最大允许误差0.2%

  3)带宽1MHz以上

04数字变送器

  数字变送器的一般要求如下:

  1)至少可以同步采集两路信号,同步时间≦5uS

  2)电流信号范围:-6A~+6A,电压信号范围-100V~+100V

  3)最大允许误差0.05%

  4)带宽10MHz以上

  数字变送器的一般要求如下:

  至少可以同步采集两路信号,同步时间≦5uS

  电压信号范围-100V~+100V,电流信号范围-6A~+6A

  最大允许误差0.05%

  带宽100kHz~2000kHz

  通讯转换器的要求如下:

  可以完成带有通讯接口的被试设备与主机的通讯连接

  上位机(含软件)要求如下:

  安装有自动采集校准软件,可以同步采集被试设备和标准源、测试电源的输出,并分析数据形成校准报告。具有数据存储、管理及打印功能。

图3 变频电量测试系统工作原理

自动化操作台

01时尚

  自动化操作台由专业公司设计,集成了当下流行元素,简洁而不失大方。

02科技

  自动化操作台与变频功率标准源只有少量的光纤连接,降低了线路敷设及维护成本,大大提高了变频电量计量系统的电磁兼容性和试验人员操作的安全性。

自动化操作台

图4 自动化操作台