一變頻電量測試系統(tǒng)概述
經(jīng)過長期調(diào)研，結(jié)合用戶反饋，通過多年的技術(shù)積累，提高產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)制造企業(yè)、科研單位可從兩個方面加強變頻電量測試儀器計量檢測系統(tǒng)的建設(shè)：
1、計量能力建設(shè)，完成準確的量值傳遞過程，相關(guān)內(nèi)容可參閱變頻電量計量系統(tǒng)解決方案。
2、測試能力建設(shè)，完成摸底和研究試驗，獲得科研數(shù)據(jù)。
不論是計量還是測試能力均建議建立自動化的控制、采集和數(shù)據(jù)處理能力，提高試驗效率、減少人為干擾。為提升生產(chǎn)制造企業(yè)、科研單位變頻電量計量檢測能力，結(jié)合我司計量檢測實力，提煉出變頻電量測試儀器測試系統(tǒng)總體方案配置。
變頻電量測試儀器具體可指：各種電壓/電流傳感器及變送器、數(shù)字電壓表、數(shù)字電流表、功率計、功率分析儀、電能表、諧波分析儀以及由變頻電量變送器和變頻電量測量儀器構(gòu)成的系統(tǒng)。
變頻電量測試系統(tǒng)從功能上大體可以分為四大部分：變頻測試電源、自動測試系統(tǒng)、自動化測試操作臺和被測試儀器或系統(tǒng);
變頻測試電源分類：YM/YD系列變頻測試電源、YR系列階躍響應(yīng)測試電源、YDS系列雙向直流母線電源等;
自動測試系統(tǒng)組成：100kHz六路采集系統(tǒng)、通訊轉(zhuǎn)換器、專用PC機和上位機軟件等;
自動化計量操作臺：時尚操作臺主體、航空座椅、打印機等。
圖1 變頻電量測試系統(tǒng)解決方案
二變頻測試源
測試能力要求盡量覆蓋被檢對象的量程范圍，滿足科研生產(chǎn)需要。主要有頻率響應(yīng)測試和階躍響應(yīng)測試兩大類產(chǎn)品。
01頻率響應(yīng)測試
采用全數(shù)字信號發(fā)生技術(shù)和大功率串并聯(lián)功放，產(chǎn)生高電壓或者大電流的正弦激勵信號，施加給變頻電量傳感器或測試儀器，通過改變激勵信號的頻率觀察被測傳感器或儀器的輸出就可以得到它的頻率響應(yīng)。測試系統(tǒng)最核心的就是由全數(shù)字信號發(fā)生器和大功率串并聯(lián)功放構(gòu)成的測試電源，天濤測試電源可全面覆蓋0~10kV、0~5kA、1Hz~200kHz的輸出范圍，可靠性高、穩(wěn)定性好、全數(shù)字化智能化控制。
有些電源生產(chǎn)廠家采用可調(diào)功率電感、電容諧振的方案產(chǎn)生激勵電流，通過調(diào)節(jié)電感和電容參數(shù)達到需要的電流幅值或頻率。此方案成本較低，但是參數(shù)漂動大，電流、頻率不穩(wěn)定，可調(diào)性差，不能滿足高精度計量檢測需求。
表1 YD-50-100A交流大功率變頻電源技術(shù)參數(shù)
| 輸入 | 相數(shù) | 3φ3W＋G |
| 電壓 | 380V±10% | |
| 功率 | 15kW | |
| 頻率 | 50Hz±3Hz | |
| 輸出（單相） | 輸出電壓 | PLC≥50Vrms |
| 輸出電流 | 0～100Arms | |
| 輸出正弦波頻率范圍 | 10Hz～100kHz | |
| 電流幅值精度 |
≤0.05%，10Hz~1kHz；≤0.1%，1kHz~20kHz； ≤0.2%，20kHz~100kHz |
|
| 穩(wěn)定度 | 0.02%/3min | |
| 頻率精度 | 0.01% | |
| 波形品質(zhì)（正弦波） | THD≤1% | |
| 基波波形 | 正弦波、三角波、方波等（可選諧波） | |
| 方波信號特性 | 上升/下降時間 | ＜10us |
| 過沖 | ≤5% | |
| 占空比 | 1%～99%（受當前頻率設(shè)置限制） | |
| 不對稱性 | 周期的2% | |
| 三角波 | 線性度 | ≤峰值輸出的2% |
| 信號特性 | 對稱性 | 0%至100% |
| 通訊和操作 | 操作界面 | 大屏幕液晶 |
| 外部通訊 | RS485（標配） | |
| 保護 | 輸入 | 過壓、過流、缺相 |
| 輸出 | 過壓、過溫、過流 | |
| 環(huán)境條件和安全 | 防護等級 | IP20(室內(nèi) ) |
| 冷卻方式 | 強制風冷 | |
| 環(huán)境溫度 | 0～45℃ | |
| 相對濕度 | 10～90% （非凝結(jié)) | |
| 噪音 | ＜65dB | |
| 體積 | 體積(W*D*H) | 約1200*1000*2200 mm（內(nèi)置5套100A模塊） |
| 重量 | / | 約2000kg |
| 備注：可選諧波輸出功能：0～50次諧波，總帶寬100kHz； | ||
100A、100kHz的YD-50-100A交流大功率變頻電源是我公司成熟穩(wěn)定產(chǎn)品，當需要提供更大輸出電流時，建議采購若干臺同型號產(chǎn)品將輸出并繞實現(xiàn)。例如實現(xiàn)500A、100kHz的測試電流實現(xiàn)原理如下：
圖2 500A并繞測試原理圖
采用5臺100A的變頻電源模塊并繞輸出實現(xiàn)500A的測試激勵，通過操作臺實現(xiàn)同步控制。如此，5臺電源模塊可以靈活組合，既可以當做5臺100A的電源使用也可以當做1臺500A的電源使用。5臺100A電源的總輸入功率僅需75kW，大大低于1臺500A電源的輸入功率。
通過操作臺發(fā)出同步控制信號，同步時間≦5uS。通過電流源輸出并繞方式，可靈活實現(xiàn)系統(tǒng)擴容功能，可根據(jù)用戶實際情況增大電流源系統(tǒng)輸出電流，完成3000A變頻電量傳感器或測試儀器性能測試能力的建設(shè)。
02階躍響應(yīng)測試
采用全數(shù)字信號發(fā)生技術(shù)和大功率脈沖功放技術(shù)，產(chǎn)生近似理想的高電壓或者大電流的方波激勵信號，施加給變頻電量傳感器或測試儀器，觀察被測傳感器或儀器的輸出就可以得到它的階躍響應(yīng)即上升時間和下降時間。測試系統(tǒng)最核心的就是由全數(shù)字信號發(fā)生器和大功率脈沖功放構(gòu)成的方波測試電源，天濤方波測試電源可全面覆蓋0~10kV、0~5kA、0~2kHz的輸出范圍，di/dt≥2kA/uS，dv/dt≥5kV/uS，且占空比可調(diào)，可靠性高、穩(wěn)定性好、全數(shù)字化智能化控制。
| 序號 | 階躍響應(yīng)測試電源 | 核心參數(shù) | 備注 |
| 1 | YR-1000-2000A方波測試電流源 |
輸出電壓：0~1000Vp 輸出電流：0~2000Ap 輸出頻率： 1~2000Hz 占空比調(diào)節(jié)：1%~99% 電壓電流顯示精度：≤0.2%?FS di/dt：100A~2000A/uS |
詳細見階躍測試電源產(chǎn)品介紹 |
| 2 | YR-1000-2000A方波測試電流源 |
輸出電壓：0~1000Vp 輸出電流：0~2000Ap 輸出頻率： 1~2000Hz 占空比調(diào)節(jié)：1%~99% 電壓電流顯示精度：≤0.2%?FS di/dt：100A~2000A/uS |
詳細見階躍測試電源產(chǎn)品介紹 |
| 可以根據(jù)需要進一步提高Vp和Ap范圍，最大可以達到50kV和20kA。 | |||
三自動測試系統(tǒng)
01自動測試系統(tǒng)組成及原理
自動系統(tǒng)重點關(guān)注四個部分：電壓電流探頭、數(shù)字變送器、通訊轉(zhuǎn)換器和上位機軟件。電壓電流探頭用來監(jiān)測測試電源的輸出;電壓電流探頭的輸出和模擬量接口的被測對象的輸出的均由數(shù)字變送器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號上傳給上位機。數(shù)字量接口的被測對象根據(jù)需要由通訊轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換連接到上位機。上位機同時采集變頻功率源或測試電源和被測對象的輸出自動完成校準比對、數(shù)據(jù)分析，并形成校準報告，同時可以存儲打印。
02電流探頭
電流探頭的一般要求如下：
1)電流測量范圍10~1000A
2)最大允許誤差0.2%
3)帶寬1MHz以上
03電壓探頭
電壓探頭的一般要求如下：
1)電流測量范圍10~10000V
2)最大允許誤差0.2%
3)帶寬1MHz以上
04數(shù)字變送器
數(shù)字變送器的一般要求如下：
1)至少可以同步采集兩路信號，同步時間≦5uS
2)電流信號范圍:-6A~+6A，電壓信號范圍-100V~+100V
3)最大允許誤差0.05%
4)帶寬10MHz以上
數(shù)字變送器的一般要求如下：
● 至少可以同步采集兩路信號，同步時間≦5uS
● 電壓信號范圍-100V~+100V，電流信號范圍-6A~+6A
● 最大允許誤差0.05%
● 帶寬100kHz~2000kHz
通訊轉(zhuǎn)換器的要求如下：
● 可以完成帶有通訊接口的被試設(shè)備與主機的通訊連接
上位機(含軟件)要求如下：
● 安裝有自動采集校準軟件，可以同步采集被試設(shè)備和標準源、測試電源的輸出，并分析數(shù)據(jù)形成校準報告。具有數(shù)據(jù)存儲、管理及打印功能。
圖3 變頻電量測試系統(tǒng)工作原理
四自動化操作臺
01時尚
自動化操作臺由專業(yè)公司設(shè)計，集成了當下流行元素，簡潔而不失大方。
02科技
自動化操作臺與變頻功率標準源只有少量的光纖連接，降低了線路敷設(shè)及維護成本，大大提高了變頻電量計量系統(tǒng)的電磁兼容性和試驗人員操作的安全性。
圖4 自動化操作臺
