隨著電網(wǎng)建設(shè)的逐步完善, 相應(yīng)的電力配電裝置得到了迅猛的發(fā)展，電能表的準(zhǔn)確度等級(jí)越來越高,對(duì)電能表現(xiàn)場校驗(yàn)儀的要求也隨之提高,電能表現(xiàn)場校驗(yàn)儀電能指標(biāo)一般要求達(dá)到0.05 級(jí),功能上要有諧波分析、錯(cuò)誤接線判斷、向量圖顯示、更正系數(shù)計(jì)算等,另外所測數(shù)據(jù)要求被保存并能上傳到PC機(jī)供管理應(yīng)用,還要求攜帶方便,體積小、功耗低,因此采用ARM和CP2102技術(shù)就能很好的滿足設(shè)計(jì)要求。
一、硬件原理
硬件由模擬輸入通道、采樣保持電路、A/D轉(zhuǎn)換器、CP2102數(shù)字信號(hào)處理器、ARM及其外圍器件組成。輸入通道中,三相電壓直接接入,經(jīng)過精密電阻分壓取樣到A/D轉(zhuǎn)換器。電流采樣分為經(jīng)內(nèi)附精密互感器、鉗型互感器、500A鉗型互感器三種方式獲得以適應(yīng)現(xiàn)場校驗(yàn)的不同需求。
采集到的信號(hào)經(jīng)16位串行A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)。由采樣保持器保證采樣的同步性,使每相電壓、電流同時(shí)采樣,后以串行方式輸入給數(shù)字信號(hào)處理CP2102。CP2102是數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Singnal Processor)的簡稱,它對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行高速運(yùn)算、加工處理并將處理結(jié)果經(jīng)總線傳送給*處理器ARM。*處理器ARM對(duì)CP2102處理結(jié)果進(jìn)行后期處理,實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、功能切換等功能。顯示器采用640×480分辨率的26k真彩色大屏幕,背景色可調(diào)以適應(yīng)不同環(huán)境。
二、功能的實(shí)現(xiàn)
儀器的設(shè)計(jì)指標(biāo)為0.05級(jí),主要由采樣電路和A/D來保證,算法也有很大的影響。該儀器采用非同步采樣,采樣頻率與被測信號(hào)不同步,會(huì)帶來附加誤差,利用軟件方法可以修正殘余誤差。參3經(jīng)測試,基本電能誤差能夠滿足設(shè)計(jì)要求。由于ARM的高性能,結(jié)合電能表現(xiàn)場校驗(yàn)的各種情況,儀器提供了豐富的擴(kuò)展功能,主要有以下幾個(gè)方面。
1.儀器可以從上位機(jī)接收待校表信息,包括相線、常數(shù)、類型、互感器倍率、編號(hào)、變壓器容量等,校表時(shí)只用輸入編號(hào)即可調(diào)入全部信息進(jìn)行校驗(yàn)。校驗(yàn)結(jié)果存儲(chǔ)時(shí)也可以包含以上信息并且具有校驗(yàn)時(shí)間、誤差、測量時(shí)的電測量信息。可以手動(dòng)或通過485得到被校表的峰谷平電量信息,包括正反向有功和正反向無功。存儲(chǔ)數(shù)量1000塊。
2.大屏幕液晶可以在校驗(yàn)界面顯示三相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù),顯示電流檔位(基表、鉗表、500A鉗表)信息。可以顯示兩個(gè)誤差,如果是主表副表則顯示兩塊表的誤差,如果是多功能電能表則可以同時(shí)顯示有功、無功誤差。
3.能進(jìn)行走字試驗(yàn),可進(jìn)行電能累計(jì),檢查電能表字輪的工作狀態(tài)。
4.能顯示相量圖和相位值,具備查接線功能(錯(cuò)誤或正確的接線),直接計(jì)算錯(cuò)誤接線情況下的更正系數(shù),可及時(shí)追補(bǔ)損失的電量。
5.能夠測試計(jì)量裝置中低壓電流互感器CT的角差、比差、誤差。
6.具有諧波分析功能,顯示線路失真度、各次諧波含量、波形,還可以校驗(yàn)基波表。
7.正是采用了ARM技術(shù),才能使具有強(qiáng)大功能的電能表現(xiàn)場校驗(yàn)儀體積小、功耗(現(xiàn)場校驗(yàn)儀的重要指標(biāo))小、便于攜帶,它必將成為電能計(jì)量工作人員的有效設(shè)備。