您好, 歡迎來到化工儀器網
HDBZ三相程控精密測試電源操作試驗說明
一、簡介
HDBZ三相程控精密測試電源是基于1.2G MAC的DSP、大規(guī)模的FPGA、高速高精度的DA以及高保真功率放大器構成的新一代高精度標準功率源。適用于電力系統(tǒng)的電測、熱工、遠動、調度等需要測量、檢驗及高精度標準信號源的電力部門和企業(yè)，也適用于其它需要高精度標準信號源進行測量、檢驗的場合。
HDBZ可以輸出工頻（40Hz～65Hz）頻率、相位及幅度可調的高精度電壓電流，是非常高精度的可調電壓電流標準源。
HDBZ可以輸出非常純凈的正弦電壓電流，其失真度不超過0.1％。HDBZ的電壓電流輸出有著非常高的輸出穩(wěn)定度，典型值為0.03％RD。因此其非常適合用于需要高精度檢驗校準的工作場合，比如計量部門對于各種電壓、電流、功率等電參數表計的檢測。
HDBZ三相程控精密測試電源可以準確輸出2～22次諧波，各次諧波可以任意組合疊加在一起同時輸出，但是輸出諧波時總的諧波含有率之和不要超出下表所出的限制。
HDBZ三相程控精密測試電源在輸出諧波時帶載能力將會減小一半，為了保證可靠準確的諧波輸出，請確保負載不超過額定值的二分之一。尤其是電壓輸出，因為電壓輸出經常是要作為被檢裝置的電源來使用的，其上的功耗會較大。
表1 2～22次諧波輸出含有率
1)---此公式用來計算最后一個檔位的諧波輸出含有率的最大值，電流最后一個檔位的最大諧波含有率隨著基波電流的增加而減小，比如最大電流檔位為10A，輸出10A的基波電流時可以在上面疊加（100/10）％＝10％的諧波。
表2 23～50次諧波輸出含有率
9、帶容性負載能力
標準源的電壓輸出經常也是儀器或各種儀表的供電來源，因此其負載可能有容性部分，比如各種濾波電容。HDBZ負載的電容最大值如下表，超出表中所列可能會引起輸出自激振蕩而導致輸出保護。
10、體積和重量
HDBZ三相程控精密測試電源
體積：421mm×380mm×160mm（長×寬×高）；
重量：≤18kg。
11、環(huán)境條件
工作溫度：0℃～40℃；
相對濕度：≤85%；
儲存條件：－30℃～60℃。
四、主要功能
1、交流標準源輸出
可以輸出三相工頻（40Hz～65Hz）頻率、相位及幅度可調高精度電壓電流，方便電力工作者研發(fā)、檢定。
2、變送器檢定
用于電壓、電流、功率檢定。
3、通訊功能
用于和PC以及其他的主控模塊通訊，通訊協議為 《HDBZ程控電源接口協議》。
4、電能校驗功能 (選項)
對于配有IO擴展的標準源，可以用來校驗電能脈沖輸入。
5、分相頻率輸出
本裝置的A、B相頻率和C相頻率可以獨立輸出，方便需要兩個頻率的用戶，比如電力保護中的檢同期裝置。
6、用戶自定義功能
用戶可以自定義各種函數輸出，但要求函數是不含有直流分量的。
7、二次開發(fā)
用戶可以根據《HDBZ程控電源接口協議》通過通訊口開發(fā)出自己需要的各種功能。
8、組態(tài)軟件
配有組態(tài)軟件，可以利用個人電腦方便各種復雜波形的輸出。
9、當地功能
配有320*240 液晶和24個按鍵以及旋轉編碼器，方便當地操作。
10、 告警功能
當功率源發(fā)生異常時，比如輸出過載或者發(fā)生電壓短路或者電流開路時功率源可以自動保護切斷出現異常的輸出相，并在液晶顯示上面提示相應的信息，使用者應當確認并排除可能的故障，然后重新輸出。
告警信息表
HDBZ三相程控精密測試電源協議總體架構
1.1、適用范圍
本協議規(guī)定了數據采集和控制單元（以下簡稱數據單元）與通信單元之間進行數據傳輸的幀格
式、鏈路層傳輸規(guī)則、應用數據結構、應用功能和報文格式。
本協議在通信信道方面適用于點對點，一點對多點的通信方式，適用于通信單元對數據單元執(zhí)行主從問答方式以及數據單元主動上傳方式的通信。
本協議適用RS232異步通信方式，波特率38400bps，8位數據，1個停止位，無效驗。
1.2、幀格式
1.3、 幀格式說明
1.3.1、幀頭:0x68
1.3.2、幀尾:0x16
1.3.3、長度
兩個重復的長度Len必須一致，否則，此幀為無效幀；長度Len是從幀頭到幀尾（包
括幀頭和幀尾）的字節(jié)數的總和；長度Len不能大于255字節(jié)。
1.3.4、地址域
接收方設備的地址。通信單元地址編號為0x80；數據單元地址編號可以是0到0x7F的任意一個，對于多個數據單元則編號不得重復。
1.3.4、命令域
=0x91: 高精度讀
=0x92: 高精度寫
=0x03: 啟動（源輸出）
=0x04: 停止 (源停止)
=0x05：告警 (由數據單元主動上報)
=0x11 幅度校準
=0x12 相位校準
= 0X14 模塊信息讀
= 0X15 模塊信息寫
=0X16 諧波讀
=0X17 諧波寫
=0X18 諧波啟動
=0X19 諧波停止
=0X26 超集諧波讀
=0X27 超集諧波寫
=0X28 超集諧波啟動
=0X29 超集諧波停止
=0X36 超集諧波讀
=0X37 超集超集諧波寫
=0X38 超集超集諧波啟動
=0X39 超集超集諧波停止
=0x20 廠家信息
=0x21 設備加密
=0x22 讀設備ID
=0x10：確認回答
=0x80: 否定回答
=0x55: 軟件下載
1.3.5、數據域
二、特點
、可以輸出純凈的，失真度在0.1％（典型值）的正弦功率信號。
2、可以在基波上疊加各次諧波輸出。
3、頻率輸出從40Hz～65Hz任意可調，分辨率0.005Hz，準確度0.005Hz。
4、A、B相為一個頻率基準，C相是一個單獨的頻率基準，因此可以分相變頻。
5、相位0～360度任意可調，可以方便模擬各種供電情況，甚至反送電的情形。
6、強勁的帶載能力，可以帶容性、感性、阻性負載或者復合類型負載，且負載調整
率優(yōu)于0.03％RG。
7、的溫度穩(wěn)定性，核心器件為溫度系數小至1PPM的產品，可以在室外的溫度環(huán)境下保證輸出的精度。
8、采用32位MCU+DSP處理器，功能強大靈活。
9、工頻每周波高達50000點的波形捏合，內部信號輸出無需濾波器進行平滑濾波，保證了波形的精確輸出，使得系統(tǒng)可以輸出精確的諧波，也使系統(tǒng)擁有的諧波失真度指標。
10、可通過一個RS232方便和PC相連，拓展其他功能。
11、完善的過流、過壓、過熱、短路、開路、過載保護。
12、硬件PID，響應極快，負載的改變不會引起輸出的絲毫波動。
13、320*240液晶顯示，中文界面，操作簡單。
14、開放通訊協議，方便二次開發(fā)（RTU/FTU/用電管理終端/公變計量終端的出 廠自動檢定）。
15、可帶純容性負載。
16、結合PC軟件可以檢驗電能表
1.3.6、校驗和
從地址域（包括地址域）到數據域最后一個字節(jié)之間的所有數據的8位累加和(模256)。
2、報文應用及數據結構
2.1 ，高精度讀
下行幀格式（現在只有一個DSP模塊 接收設備地址位0）
上行正確應答幀
單位：電壓V,電流A,頻率Hz,相位,0 （度）
上行否定應答幀
2.2、高精度寫
單位：電壓V,電流A,頻率Hz,相位,0 （度）
上行正確應答幀
上行否定應答幀
2.3啟動
下行幀格式
三、主要技術指標
1、交流電壓輸出
調節(jié)細度：0.05%RG
準確度：優(yōu)于±0.1%RG
穩(wěn)定度：優(yōu)于±0.03%RG/1min
失真度：優(yōu)于0.1%（非容性負載）
輸出功率：額定每相15VA
滿負載調整率：小于±0.03%RG
滿負載調整時間：小于1mS
輸出范圍：0V～420V
檔位設置：0V～140V、140V～280V、280V～420V，自動檔位切換
溫度漂移：±15PPM/℃
長期穩(wěn)定性：±100PPM/年
2、交流電流輸出
調節(jié)細度：0.05%RG
準確度：優(yōu)于±0.1%RG
穩(wěn)定度：優(yōu)于±0.03% RG /1min
失真度：優(yōu)于0.1%（非容性負載）
輸出功率：額定每相15VA
滿負載調整率：小于±0.03%RG
滿負載調整時間：小于1ms
輸出范圍：0A、1mA～10A（20A）
檔位設置：0A～0.2A、0.2A～1A、1A～5A、5A～10A，自動檔位切換
（可定制：0～1A、1A～5A、5A～10A、10A～20A，自動檔位切換）
溫度漂移：±15PPM/℃
長期穩(wěn)定性：±100PPM/年
3、功率輸
準確度： 優(yōu)于0.1%RG
穩(wěn)定度： 優(yōu)于0.03%/1min。
4、相位
調節(jié)范圍：0～359.99度
分辨率：0.02度
準確度：±0.05度
5、頻率
調節(jié)范圍：40Hz～65Hz
分辨率：0.005Hz
準確度：±0.005Hz
溫度漂移：±1PPM/℃
長期穩(wěn)定性：±4PPM/年
6、功率因素
調節(jié)范圍：-1～0～+1；
分辨率：0.0005；
準確度：0.001。
8、諧波輸出
上行幀格式
確認幀(參照寫命令)
否定幀(參照寫命令)
2.4停止
下行幀格式(參照啟動命令)
上行幀格式(參照啟動命令)
2.5告警（采用主動上報方式）
上行幀格式
下行幀格式
確認幀參照啟動命令）
否定幀參照啟動命令）
2.6諧波讀
下行幀格式（現在只有一個DSP模塊 接收設備地址位0）
上行正確應答幀
上行幀格式
確認幀(參照寫命令)
否定幀(參照寫命令)
2.7諧波寫
下行幀格式
2.8諧波啟動
下行幀格式
上行幀格式
確認幀(參照寫命令)
否定幀(參照寫命令)
2.9諧波停止
下行幀格式
上行幀格式
確認幀(參照寫命令)
否定幀(參照寫命令)
2.10告警解除
下行幀格式
上行幀格式
確認幀參照啟動命令）
否定幀參照啟動命令）
說明當裝置振蕩告警時候發(fā)出告警解除命令，恢復功率放大器供電。
2.11讀設備ID
=0x22 設備ID
上行正確應答幀
2．12 超集諧波讀
參照諧波讀命令，把諧波次數更改為129次
2．13超集諧波寫
參照諧寫讀命令，把諧波次數更改為129次
2．14 超集諧波啟動
參照諧波啟動
2．15超集諧波停止
參照諧波停止
2．16超集諧波讀
參照諧波讀命令，把諧波次數更改為513次
2．17超超集諧波寫
參照諧波讀命令，把諧波次數更改為513次
2．18超超集諧波啟動
參照諧波啟動
2．19超超集諧波停止
參照諧波停止
1、附錄A:高精度讀寫數據項標識別
所有的的項目都用四個字節(jié)表示,其中檔位和啟動，停止，接線方式是DWORD類型其他的全部是浮點類型。
備注
1) 讀，寫命令中實際上已經包含了啟動和停止命令，不要通過
寫命令來啟動和停止。讀命令可以讀出源的各相當前的輸出狀態(tài)。
在數據標識中對啟動和停止項讀出的是當前的狀態(tài)
1：源處于輸出狀態(tài) 0：源處于斷開狀態(tài)
2) 報文中的數據項全部都是十六進制格式,假如沒有0x標識
就是用十進制表示十六進制，而不是BCD碼格式了
3) 直流電壓幅度(數據標識16)只有電壓幅度沒有相位和頻率
應用舉列：
調節(jié)A相的電壓和相位
2、附錄B:S值計算方法
S值計算方法
其中：1一一依據采樣次數計算（JJG307-1988附錄4）：N=采樣次數
2一一依據取樣間隔計算。（簡易峰一峰值法）T=取樣間隔，即計算一次穩(wěn)定度時間
3一一JJG597一2005，依據取樣間隔計算
4一一JJG597一2005，依據取樣間隔計算
（一）算法1（JJG307一1988附錄4）；N=采樣次數（公式與597一89同）(%)
式中：Po一一當COSΦ等于給定值時調的起始功率
Pm一一當COSΦ=1時的計算功率
Pi一一第i次測量的功率讀數（i=1,2,3…n）
一一n次功率讀數的平均值；
n一一重復讀取功率次數
t一置信系數=2.58
（二）算法2（簡易峰-峰值法T=取樣間隔，即計算一次穩(wěn)定度時間，DL/T460-2005）r=100(%)
式中：P一一功率最大值
P一一功率最小值
Po一一功率平均值
（三）算法3（JJG597-2005,測試時間至少2min，取樣時間1S~1.5S）；
r（%）=（%）
式中：P一一第I次測量的功率讀數（i=1，2，3…n）；
一一n次功率讀數的平均值；
n一一測量次數。
（四）算法4（JJG597-2005, 測試時間至少2min，取樣時間1S~1.5S）
r=100(%)
式中：P一一功率最大值
P一一功率最小值
Po一一功率平均值
3、附錄C:校準原理
HDBZ系列功率源的長期穩(wěn)定性是非常優(yōu)秀的，出廠時已經使用高精度測量儀表進行精心校準了。如果經過長時間的運行發(fā)現精度有偏離，而如果用戶對于精度的要求又非?？量痰脑捘敲纯梢詫β试催M行軟件校準，要校準功率源，用戶必須要有高精度的測量儀表（0.02級以上），或者送到部門進行校準。如非必要，我們不建議用戶自己進行校準，因為校準過程相對復雜，很容易因為操作錯誤而導致功率源輸出不準。
i.校準原理
1、幅度單折率校準原理
設設定值為Set(t),輸出值為Out(t),標準表的測量值為 Real(t)，
原校準系數為 K1,
現在校準系數為: K2
則有
Out(t) = K1 * Set(t)
K2 = Out(t) / Real(t);
= Set(t) * K1 / Real(t); (1-2)
如此經過反復多次的校準，最終 K1 == K2;
2、相位單折量校準原理
設設定值為Set(t),輸出值為Out(t),標準表的測量值為 Real(t)，
原校準系數為 Q1,
現在校準系數為: Q2,
則有
Out(t) = Set(t+Q1) (2-1)
Q2 = Out(t) / Real(t); (2-2)
= Set(t+Q1) / Real(t);
如此經過反復多次的校準，最終 Q1 == Q2;
3、 幅度多折率校準原理
多折率校準
設輸出值為 Y(t)
設定值為X(t)
標準表的讀數為R(t)
原校準系數為 Ki (i=[1,17])
新計算校準系數為 NKi (i=[1,17])
源輸出時根據不同設定的段ΔXi,利用該設定段的Ki計算出每個設定段 ΔYi，
累加輸出
其中 n 為輸出值Y(t)對應的最后的Ki
當n=1時候公式可以簡化為
校準系數NKi;輸出時根據不同的設定點輸出Y(t)值，設
校驗點i>=2;//當i=1時參照單折率校準
NKi = (Yi-Yi-1)/(Ri-Ri-1); (3-3)
假設上個Xi-1已經校驗準確了，則有Ri-1 = Yi-1;
把式 3-3重寫
為
NKi = (Yi-Yi-1)/(Ri-Yi-1); (3-4)
把式3-1代入 式 3-4
NKi = (Yi-Yi-1)/(Ri-Yi-1)
由式(3-5)可知NKi和所有的低于i的歷史校準點有關，所以校準至少要進行兩次以上，經過多次校準后 NKi = Ki;
…
備注: Xi的值可以根據需要任意設定為任意值，比如 0.05%Un, 0.5%Un,
5%Un, 10%Un, 20%Un, 30%Un, 40%Un, 50%Un, 60%Un, 70%Un,…
4、相位多折率校準原理
相位的多折率和單折率校準相差不多,只是不同的段使用不同的校準參數而已和其他的段無關。只要把單折率校準的分成很多段既可。
ii.幅度校準方法
幅度校準比較簡單：
首先要保證電腦與功率源已經連接上,打開校準軟件如下圖1-1所示：
配制好通訊口和波特率。
點擊模塊信息按鈕:就進入模塊信息界面,然后點擊讀模塊信息,看到模塊信息都是正確的配制,配制如下圖1-2所示：說明電腦與功率源已經連接上，(注:一定要點讀模塊信息,否則不能完成校準)。
因為校準必須針對源輸出的每相和每個檔位進行，而高檔位的輸出范圍里面包含低檔位的輸出范圍，所以要保證功率源處于手動換擋狀態(tài)這樣才能保證功率源的輸出不會因為輸出值超過本檔位而自動切換到別的檔位去。因此要先在標準輸出里面將當前要校準的檔位下發(fā)給功率源，使其處于手動換擋狀態(tài)。如圖7-3所示，假設是校準檔位1，然后點擊寫命令，將檔位狀態(tài)寫入下去，這樣功率源即處于手動換擋狀態(tài)。
然后打開幅度校準窗口（圖7-4）選擇當前要校準的相和檔位。將源按當前檔位值的10％、20％、30％等等依次輸出并將儀表上測得的值依次填入實測值一欄，測完后點擊“計算校準系數”，可以觀察到“現校準系數”一欄發(fā)生了改變，最后點擊“寫校準系數”將校準系數寫入功率源，觀察到接收欄有正確應答幀“68 08 00 68 00 10 90 16” 后當前相和當前檔位的幅值校準即完成了。在校準幅度時相位校準可以不用理會。
重復其它相和檔位，直至校完所有的相和每相的所有檔位。
iii. 相位校準方法
相位校準時必須取一個輸出值作為參考點，然后所有的其它相都相對于那個參考點做校準，因為所有的測量儀器測相位都是以UA為基準，我們這里暫定于UA的第1檔（100V）為基準點。點標準輸出,進入如下界面,所有項相對與電壓UA為100V校準，
1、首先校第一檔,選擇同相位,控制輸出的配制如圖7-5所示： ,
即：UA=100V,其他各項都是第一檔的值. (先校第一檔的UB)全部啟動以后UB就從0V開始每次加10%開始往上升，一直升到140%(140V) 同時記錄下每點的相位值，進入幅度校準界面如圖7-6所示：在界面的右上角，檔位下拉菜單上選“檔位1”，下面的下拉框選“Ub_A”。
▲ 在幅度相位按鈕處點2下，選擇相位,在相位校準欄將剛才測的對應的實測值填入與其百分比相對應的實測值里面,然后“計算校準系數”再“寫校準系數”。觀察到接收欄有正確應答幀“68 08 00 68 00 10 90 16”后當前UB第一檔的相位就校準完成了。
2、然后校第二檔的各項，同樣針對UA的第一檔100V點校準。配制除UA外所有輸出為第二檔的值，同相位，如圖7-7所示：選擇全部啟動。然后UB就從0V，每次加10%開始往上升，一直升到120%(264V) 同時記錄下每點的相位值，進入幅度校準界面：在界面的右上角，檔位下拉菜單上選檔位2，下面的那個菜單選UB_A， 在相位校準欄將剛才測的對應的實測值填入與其百分比相對應的實測值里面，然后計算校準系數，寫校準系數。觀察到接收欄有正確應答幀“68 08 00 68 00 10 90 16”后當前UB第二檔的相位就校準完成了。UB的其它檔位以及UC、IA、IB、IC的校準方法和UB一樣,這里就不重復說明了。
3、Ua的檔位間的校準。因為Ua的檔位和檔位之間可能有相位差，所以Ua的其它檔位也必須針對Ua的第一檔100V這個基準點進行校準，但是我們無法同時輸出Ua的兩個不同檔位，因此我們只能另尋參照。因為我們前面已經把UA以外的其它相都相對于Ua第一檔100V參考點校準了，所以我們認為它們的相位相對于Ua 100V點都是準的，因此我們可以使用他們來作為參考，在這里我們使用Ub的第一檔100V點為參考。我們配制源輸出為UA為第二檔，Ub為第一檔100V,UA,UB的相位都設為0。啟動UA、UB，然后UA的幅值也是按每次10%的順序從0V按照一次10％升到264V，記錄下每個點的相位，同樣再次進入幅度校準界面，選擇檔位1，Ua_A，相位校準，然后將對應的相位值填入實測值里面(注:這里填的UA的相位值=0-表的測量值)。然后計算校準系數，寫校準系數完成Ua的檔位2的校準。4、Ua第一檔的校準。Ua第一檔的不同輸出值之間可能也有相位差異，比如10V和100V的輸出值，可能相位就不一樣。這樣我們就需要把Ua的第一檔也相對于Ua第一檔的100V點進行校準，同樣我們無法使用Ua來校準Ua，所以我們仍然采用上面校準Ua的第二檔的方法，即采用Ub第一檔的100V為基準來校準Ua的第一檔，方法和上面第三步一樣。至此，我們完成了整個功率源的校準。