[发明专利]抗直流分量电流互感器误差测试仪及其测试方法

权利要求书

1.一种抗直流分量电流互感器误差测试仪，其特征在于包括壳体、抗直流分量电流互感器测试电路和数据处理单元，所述抗直流分量电流互感器测试电路和数据处理单元均设置在壳体内，抗直流分量电流互感器测试电路包括调压器、升流器、第一整流二极管、第二整流二极管、限流电阻、第一半波电流采样电阻、第二半波电流采样电阻，所述调压器的输入端外接交流电源，调压器的输出端分别与升流器第一接线柱和第二接线柱连接，升流器第三接线柱分别与并联的第一整流二极管的正极和第二整流二极管的负极连接，升流器第四接线柱与限流电阻连接，限流电阻与第一整流二极管负极之间连接有外置匹配电阻，第一半波电流采样电阻第一接线柱与第二整流二极管正极连接，数据处理单元包括A/D采样转换模块、数据处理模块和ARM模块，A/D采样转换模块与数据处理模块连接，ARM模块获取被检电流互感器的基本测试信息，ARM模块将输入的被检电流互感器基本测试信息发送至数据处理模块。

2.根据权利要求1所述的抗直流分量电流互感器误差测试仪，其特征在于壳体外侧面上还设置有外置溯源接口第一接线柱和外置溯源接口第二接线柱，第一半波电流采样电阻第二、三接线柱连接在外置溯源接口第一接线柱上，第二半波电流采样电阻的两个接线柱均连接在外置溯源接口第二接线柱上，外置溯源接口第一接线柱和外置溯源接口第二接线柱均与A/D采样转换模块连接。

3.根据权利要求2所述的抗直流分量电流互感器误差测试仪，其特征在于外置溯源接口第一接线柱与A/D采样转换模块之间连接有第一可控增益放大器，外置溯源接口第二接线柱与A/D采样转换模块之间连接有第二可控增益放大器。

4.根据权利要求1或2或3所述的抗直流分量电流互感器误差测试仪，其特征在于还包括通信模块和上位机，上位机与ARM模块通过通信模块连接。

5.根据权利要求1或2或3所述的抗直流分量电流互感器误差测试仪，其特征在于还包括键盘和显示器，键盘和显示器均与ARM模块连接。

6.根据权利要求4所述的抗直流分量电流互感器误差测试仪，其特征在于还包括键盘和显示器，键盘和显示器均与ARM模块连接。

7.根据权利要求1或2或3所述的抗直流分量电流互感器误差测试仪，其特征在于还包括数据存储器，数据存储器与ARM模块连接。

8.根据权利要求4所述的抗直流分量电流互感器误差测试仪，其特征在于还包括数据存储器，数据存储器与ARM模块连接。

9.根据权利要求1或2或3或6或8所述的抗直流分量电流互感器误差测试仪，其特征在于还设置有散热面板，散热面板固定安装在与第一半波电流采样电阻和第二半波电流采样电阻位置相对应的壳体底部的金属底板上。

10.一种如权利要求1至9中任一项所述的抗直流分量电流互感器误差测试仪的测试方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，设置抗直流分量电流互感器的一次电流、二次电流以及二次负载；

步骤2，通过第一半波电流采样电阻R1采集电流互感器的一次半波电流，通过第二半波电流采样电阻R2测量二次电流，测量信号通过1至64倍的第一可控增益放大器和第二可控增益放大器放大后同步到A/D采样转换模块端口，使得测量信号在1.2V～2.5V之间，峰值电压小于4V，在A/D采样转换模块的线性区间内；

步骤3，使用数据处理模块控制A/D采样转换模块对信号进行整周波512点采样，得到离散数字信号，即第一半波电流通过电流互感器的数学模型分析：第一半波电流是一个非正弦量，第一半波电流通过第一半波电流采样电阻产生半波电压，使用A/D采样转换模块测量得到离散电压值，通过傅里叶FFT计算得出直流分量、基波分量、以及各偶次谐波分量的电流值，全波电流有效值为第一半波电流有效值的倍，第一半波电流经电流傅里叶变换之后的时域表达式为：

其中直流电流占比全波电流的45％，基波电流占比全波电流的50％，100Hz电流约占比基波电流的23％，还有其他偶次谐波电流也均有比例；半波电流的有效值等于它的各次谐波分量、基波分量和直流分量的有效值平方和的平方根值；

其中直流分量和偶次谐波是不参与电能计量的，其原因分析如下：

其中电压为正弦波：u(t)＝Usin(ωt)

有功功率：

由于直流以及偶次谐波对功率计量为零，所以：

因此电流互感器需要将基波电流即能够完整无误的变换至二次才能够计量准确；

因为电流互感器不能够将直流分量反映至二次电流，所以二次电流的时域表达公式为：

由此推导出基波电流的比差值与角差值：

f_50Hz＝(K×I′₁-I₁)/I₁×100.0(％) (6)

式中K为电流互感器的一次电流与二次电流的电流比。