一種交流穩壓電源校準裝置設計方案

趙煥興，溫文博，黃運來，程延禮

（解放軍32382部隊，湖北 武漢 432200）

0 引 言

航空維修保障需要用到一些特殊的交流穩壓電源，如單相、三相交流115 V（頻率400 Hz）、36 V（頻率400 Hz）、26 V（頻率400 Hz）等，廣泛應用于各類航空器定檢、小修、中修、大修等維修保障。它的性能指標的準確性對航空儀器設備的安全使用具有重要作用[1]。國內民航單位裝配數量眾多的交流穩壓電源，如柜式交流穩壓電源（WZS、WZD、SVC-1500、66104A等）和便攜式交流穩壓電源（ATAPB10ST便攜式中頻電源、AEPP-1094A型便攜式直流/中頻組合電源等）。隨著我國民用航空產業的不斷發展，此類設備的型號和數量還會增加。國內針對航空專用交流穩壓電源校準的研究較少，針對普通交流穩壓電源的校準方案存在設備多、重量大、靈活性差等問題，不能完全適用航空專用交流穩壓電源的校準[2-3]。本文提出一種交流穩壓電源校準裝置搭建技術方案，技術指標高，便攜性好，為解決航空專用交流穩壓電源的校準問題提供了一種新思路。

1 研究對象

經調研和歸納總結，航空專用交流穩壓電源的主要技術指標見表1。

表1 交流穩壓電源技術指標

2 國內有關方案比較

交流穩壓電源校準依據性文件是《JJF（軍工）85-2015交流穩壓電源穩態特性校準規范》。國內對于交流穩壓電源各參數的校準，采用較多的方案是用電阻負載箱作為工作負載，用交流數字電壓表測量交流電壓，用交流電流表測量交流電流，用頻率計測量頻率[4]。航空專用交流穩壓電源型號多，參數范圍寬，采用以上方案可能會存在標準設備多、負載重量大、不利于攜帶等問題。

3 技術方案

3.1 校準裝置標準設備組成

本文提供一種交流穩壓電源校準裝置的搭建方案，標準設備組成見表2。

3.2 校準原理

交流穩壓電源校準裝置的校準原理，見圖1。

圖1 校準原理示意圖

表2 標準設備組成

交流穩壓電源校準裝置標準設備主要功用：數字多用表1281，測量交流穩壓電源的輸出電壓和頻率；失真度儀KH4137，測量交流穩壓電源輸出電壓失真度；數字萬用表17B，監測調壓器輸出給電源的交流電壓；調壓器TDGC2，調節電網電壓到交流穩壓電源需要的輸入電壓；電子負載3091，給交流穩壓電源提供負載，監測交流電流[4]。

3.3 關鍵技術

3.3.1 毫伏級電壓測量

國內對于交流穩壓電源的建標較少，其中電網調整率和負載調整率的測試是學術界討論較多的兩個科研方向，而毫伏級電壓測試是解決問題的關鍵。本方案利用高準確度數字多用表測電壓，利用標準電阻法測電流，同時測量電網調整率和負載調整率，準確度較高；利用高靈敏度示波器和高準確度的失真度測試儀測量紋波電壓和失真度，準確度也較高。

3.3.2 交流負載

國內對于交流穩壓電源各參數的校準，一般采用電阻負載箱作為工作負載，當電壓和電流范圍寬時，交流負載體積和重量較大，適用性也較差。本方案中選用的交流負載不但適用電壓和電流的量程寬，還可以代替交流電流表監測交流電流，減少了標準設備的數量。

4 技術指標分析

4.1 交流穩壓電源校準裝置技術指標

4.1.1 交流電壓示值誤差測量不確定度分析

不確定度（100 V、10 Hz～10 kHz點）主要包括校準數字多用表1281的上級標準的標準不確定度引入的不確定度、數字多用表1281年允許最大誤差引入的不確定度、數字多用表1281分辨力引入的不確定度以及電壓測量重復性引入的不確定度。

校準數字多用表1281的上級標準的標準不確定度引入的不確定度為：

數字多用表1281年允許最大誤差引入的不確定度為：

數字多用表1281分辨力引入的不確定度：

電壓測量重復性引入的不確定度為：

因此，合成標準不確定度和擴展不確定度分別為：

4.1.2 電壓電網調整率測量不確定度分析

不確定度（100 V、10 Hz～10 kHz點）主要包括：上級標準的標準不確定度引入的不確定度uB1=2.7 mA，年允許最大誤差引入的不確定度uB2=8.08 mA，分辨力引入的不確定度uB3=0.06 mA以及電壓測量重復性引入的不確定度uA=0.5 mA。

因此，電壓電網調整率測量擴展不確定度為：

4.1.3 電壓負載調整率測量不確定度分析

電壓負載調整率測量不確定度的具體分析情況與電壓電網調整率測量不確定度分析相同，因此擴展不確定度（100 V、10 Hz～10 kHz點）為：

4.1.4 失真度測量不確定度分析

不確定度主要包括上級標準的標準不確定度引入的不確定度uB1=0.052 dB，年允許最大誤差引入的不確定度uB2=0.29 dB，測量重復性引入的不確定度uA=0.03 dB。

失真度測量擴展不確定度為：

4.1.5 頻率測量不確定度分析

不確定度（1 kHz）主要包括上級標準的標準不確定度引入的不確定度uB1=0.000 2%，年允許最大誤差引入的不確定度uB2=0.000 64%，測量分辨力引入的不確定度uB3=0.000 06%以及測量重復性引入的不確定度uA=0.000 5%。

頻率測量擴展不確定度為：

4.2 技術指標對比分析

綜上所述，交流穩壓電源校準裝置技術指標和被檢交流穩壓電源的技術指標見表3。

比較被檢交流穩壓電源和交流穩壓電源校準裝置技術指標，校準裝置完全覆蓋被檢交流穩壓電源其測量不確定度可達到被檢設備各項參數技術指標的1/3。

表3 標準裝置與被檢對象技術指標對比

5 結 論

本方案采用國內先進的交流電子負載、數字多用表、寬頻帶示波器及失真度測試儀組成交流穩壓電源校準裝置，具有標準設備少、易于攜帶、技術指標高以及適用性廣的優點，測量范圍完全覆蓋被檢設備技術指標，其測量不確定度可達到被檢設備各項參數技術指標的1/3，滿足量值傳遞要求。此外，所用的標準設備都能溯源到相應的國家最高計量標準，可滿足航空專用交流穩壓電源的校準需求。