4409基于LabVIEW的电流互感器校验仪

基于 LabVIEW 的电流互感器校验仪 Xin Ai Hai Bao T H Song 布鲁塞尔大学 2004 摘要摘要 虚拟仪器 VI 指的是利用软件在计算机上建立各种各样的仪器 比如说 Labview 就象是真的建立在计算机上的仪器一样 其主要特点是多功能的 可以集成多种 功能于一台PC上 从而使其性能高 成本底 在我所讲的这一章中 Labview虚拟仪器技术 应用于测试与测量仪器电流互感器 AT 利用Labview测量仪器电流互感器精度校准精度 是相当高的 这个虚拟的电流互感器校验仪不仅能够自动的进行尺寸计算 而且还能够指 出错误的状态曲线 关于基于Labview的电流互感器校验仪的测试表明 它不仅能够用于替 代传统的校验仪 而且还能够比传统的检验仪做的更好 关键字关键字 电流互感器 AT AT校验仪 虚拟仪器 Labview I I 简介简介 自从1992年美国建立VXIbus Rw 1 1标准以及National Instruments公司出品Labview 软件以后 虚拟仪器已经为他们商业上奠定了基础 虚拟仪器扮演的主要角色就是利用软 件来构建各种仪器 大多数的传统的仪器都能够通过虚拟仪器来实现 虚拟仪器的通过PC 来实现的真实可用的仪器 虚拟的电流互感器被广泛的应用于各种各样的电流测量 并且它还具有保护功能 能 隔离和扩大测量范围 随着业务的快速发展计算机测量与控制技术 与相继出现的电流互 感器和 transduczr 有越来越多的高 accuracv 和低 secondarly 电流的电流变压器 电 流变压器的标准电流通常是 1A 或者 5A 而一些不标准的电流变压器有可能是 0 1A 或者更 底 虽然我们有技术 使这种校验方式硬件如单片计算机和电子电路 DSP 等 集成电路 但是这将耗资太大钱 为这些不符合标准的校准器 并会采取过多的时间来校准所作出的 这些硬件 这样不理想 所以无论从功能性和实用性都要求设计各种新的电流变压器 AT 该校验仪表示 采用虚拟仪器技术 不仅能符合传统要求的之一 而且还能满足客户 要求的多功能 方便等优点 并且还具有很高比例性能和成本 实验结果指出 虚拟的校 准仪可以为电流互感器提供比较好的测量和设计条件 虚拟仪器技术和个人计算机将被广 泛的应用于电流互感器的校准仪领域 11 11 电流互感器校准仪的工作原理电流互感器校准仪的工作原理 电流互感器的错误包括比率误差和相位误 差 电流互感器的测量误差和校准准确性通常适 用于微分测量方法 该测量方法除了实测 TA 和 校验 TA 之外 还需要一个标准的 TA 标准的 TA 和实测的 TA 之间必须有一个相同的空白 比例 并且标准 TA 的的准确性应该比实测的 TA 高两个等级 该校验功能应该是形成比较 电路 量度及显示误差在所有范围内 比较电路 提及了不同的测量原理电路 如图 1 所示 通过测量流过 R R0 和 R Rd 的电流 并且计算出其他的相应电流 那么校准仪就可以显示误差了 当 TA 的主绕阻和次绕组之 间有一个相同的变换比例的时候 自我对比电路将开始工作 如图 2 所示 TATA0 和 TaxTax 是标准的并且 TATA 是分开测量的 N Np 和 N Ns 分别是主次绕组的匝数 i ip i io i id i ix 分别是初 级电流 二级标准电流 二次误差电流以及 TA 的二次被测电流 R R0 R Rd R Rb 分别是 TA 的标 准二次绕组电阻 误差电流检测电阻 被独立测量的工作电阻 T T0 K K T Tx T Tb 是数据采样 点的计算电流 在我将的这一章中 只有 K K 和 T Tx 之间的电压 T Tb 和 T Tx 之间的测量电压 以及它们分别回馈到 R Rd 和 R Rb 上的电压 图 2 TA反馈带电路示意图 总体来说 TA的工作原理以及其采样电阻应该是 1 它不能够影响比较电路的准确性 在理想的情况下 R R0和R Rd应该为0 并且他们都 不能够被采样 因此 必须确定采样电阻 在本文中R Rd被用于采样电阻 2 规模样本阻力应使采样标准电流与误差电流分配 不应该相差太大 采样电阻是 有实验来确定的 R R0 是次要标准电流采样阻 电阻可 0 1 0 5 Rd 是误差采样电阻 电阻可在 10 100 Rb 是负载电阻 他由 TA 来决定的 同理 R0 和 Rd 上的电压 u u0 和 u ud 就会通过一些计算方法和过程在显示器上显示出比例误差和相位误差 根据 TA 的误差相位图 9 当 i i0 最大时 相应的 i id 就是比例误差 当 i i0 从负到正变 化并逐渐接近 0 的时候 i id 的值就是相位误差 同理 U0 和 Ud 的关系是对等的 如图 3 所示 a 和 b 是代表比误差和相位误差分别 则 TA 的真实的比例误差 f 和相位误差 就可以通过计算得出 其中U U0m是U U0的振幅 TA校准仪的精度不需要很高 0 1 到3 已经足够了 由于测量原理的不同 误差在于读数的误差 也就是说 TA的误 差的误差测量 但是校验需要一个合适的 扩张系数 该校准器最多扩张系数必须各 个通路应为1000 倍 lO ll III III 虚拟校准仪的原则虚拟校准仪的原则 虚拟仪器包括三部分 外围电路比较 如图 1 图 2 数据采集卡 PCI 6023 以及 通过 Labview 安装的个人计算机上的程序 然后 在两个频道的信号 u u0 和 u ud 来进入计算 机 通过转换器 其余的工作是由软件 在这篇文章中 我们使用 R Rb 上的电压 u ux 来代替 u u0 那么虚拟校验仪的工作流程如下 1 设置虚拟校验仪的必要的初始值 2 按下启动按钮 开始工作 调整电压调节和改变初级电流 让初级电流及额定 电流的比率由 10 至 120 变化 3 虚拟校准仪将连接独立的电压 u ux 和 u ud 然后使用数字滤波器 以消除谐波 4 计算 U Ux 和 U Ud 的均方值 找出 U U0 的振幅 5 计算出 i i0 的均方值 i id 和 i i0 的额定电流以及比例关系 并显示结果 6 找出如图3中a和b 计算比误差和相位误差 并显示结果 7 设定K倍环路 记录并显示每次错误 8 显示和打印所有的校准结果 9 停止 虚拟校准的前面板上有管制 指标和开关三个按纽 管制按纽的功能是在在虚拟仪工 作前建立初始值 指标的功能是显示各种各样的要求 其中包括数字化 曲线和图表等 开关的功能是决定虚拟仪的启动和停止 当然 要改变测量范围 就需要调整电压调节器 并改变初级电流 这一步就跟传统 表定的一样必要 但在任何范围内记录的误差是有虚拟仪来校准的 这正好印证了记录的 准确性和减少了操作者的工作量 换一种说法 虚拟校准是非常有趣的 虚拟仪的操作包括如下几个步骤 1 设定两个采样 模拟输入 渠道 2 设定比较电路的二级额定电流 3 设定待测的电流互感器额定电流 4 设定误差曲线的取样数目 虚拟校准的指标有 1 显示比例和相位误差 两者的比例约为初级电流和额定的数字 2 显示比例和相位误差 两者的比例约为初级电流及额定型曲线图 凡曲线包括积 极采样点和函数拟合曲线 3 显示误差 两者的比例约为一级电流与额定电流从 10 至 120 4 显示标准和误差的波形图 5 显示数字的有效值标准及误差电流 6 在比较电路中显示电压调节器的极点 上述表明 虚拟校准仪的功能比传统的校准仪要强大 这种校准器不仅使用方便 而 且还使得各种校验的效果好多了 通过显示波形功能 我们可以发现 如果有一些谐波电 流 并确认校验的准确性 IV IV 实验实验 与传统的校准仪相比 虚拟校准仪的主要特点是灵活性 尽管它的前控制面板上已经 有很多功能了 但它还可以由用户进行扩展 所以作为TA的非标准 虚拟校准仪是具有重 要的价值的 在实验中 由步升电流互感器产生初级电流并且初级电流由一个稳压器控制 通过拟 合比较电路 虚拟校准器的测量范围可设置在任何范围 本文给定了 0 1A 和 5A 两种虚拟 校准仪的标定实验 参数 方法和结果 现介绍如下 A A 5Ad5Ad 的的 TATA 实验实验 TA 被衡量的参数如下 转速比 Np Ns 100 100 电流比 Ip Is 5A 5A 绕组电阻 0 1 核心尺寸 70 x110 x40 mm 核心材料 硅钢片 负载 RbRb 1 cos l 由于 1 1 的比例 反过来 标定它不需要 TA 校准电路如图 2 我们可以通过自标定方法 的测量它的准确度 结果显示如图 4 和图 5 结果表明 本 TA 的准确性 可定义为 0 5 度 B B 0 1A0 1A 的的 TATA 实验实验 TA 被衡量的参数如下 转速比 1 1000 电流比 Ip Is 100A 100mA 二次绕组电阻 8 5 核心尺寸 29x46x25 mm 核心材料 镍铁导磁合金 精确度 0 01 度 TA的衡量参数是0 1S 转速比 Np Ns 1 1000 电流比 Ip Is 100A 100mA 二次绕组电阻 30 核心尺寸 20 x40 x15 mm 核心材料 硅钢片 负载 RbRb 35 cos l 从图 4 和图 5 TA 的测量准确性可以可以界定为 0 5 度 在实验中 虚拟校准的 图 4 比误差曲线 输入信号应妥善接地 以避免干扰 该采样电阻在比较电路要求精确 并没有感应 图 5 相位误差曲线 V V 总结总结 虚拟仪器技术是一项新的科学和技术产品 虚拟仪器的出现是测量和控制的一次革 命 据该软件的开发和电脑硬体发展 虚拟仪器的技术将有更多的发展空键 在21世纪 虚拟一起将会替代几乎所有的传统仪器 基于它的灵活性 虚拟校验仪可以测量任何种 TA 其中包括标准和非标准 但传 统的校验仪无法测量大部分的非标准 TA 它可以自动记录并保存 显示数据 这篇文 章给出了一种新的方法使得 TA 得以校准 虚拟校准器的主要特点是 1 灵活性 虚拟校准器主要是 LabVIEW 软件构建的 可方便地修饰和重写一些软 件 2 多功能 虚拟仪器是在个人计算机上建立的 它能波形指标 参数控制等 在 当我们对标定一些准确性时 这些功能可以显示很多信息 如波形质量等 3 方便搬移和使用 4 高效率和准确性 5 高的性价比 6 多用在一台 PC 7 它可以自动记录并保存 展示标定数据自动 VI VI 参考文献参考文献 1 LabVlEW Data Acquisition Basics Manual Nabonal Instruments Co ofUSA 1998 2 Xm XI Hai Bao Yonghua Song Novel hiethod of Eror Current Compensation for Hall Effect Based High Accuracy Current Transformer IEEE Transactions on Instrument and Measurement 2003 adopted 3 AIAI Xin Hao Yushan YangYang Yhan etet al CT Calibrator Based onon UrtualUrtual Instruments Beijing Clunese Joumal of Scientific Instrument Instrument V 01 2 1I I No 4 Aug 2000 Aug 2000 p p331 334 334 4 Carney A C A C Simple absoluteabsolute method for current transformertransformer calibration IEEE Transactions on Instrumentation andand Measurement Vo1 50 Issue 2 2 AprilApril 20012001 5 Lap Svetik Svetik E E Current transformet calibration usingsynchronous sampling Digest of Conference on Precision Electromagnebc Measlrrements Measlrrements 16 2 I I June 2002 2002 pp548 549pp548 549 6 Cmey A C A A simple traceable current transformer calibration method method DigestDigest of Conference on Precision Electromagnetic Measurements 14 19 May 2000 pp660 661 7 Waltrip B C Nelson T L A A system to measure currenttransducer performance Digest of Conferen