变频电源校准用便携式负载 网络分析仪校准件短路负载
摘?要 变频电源校准电流、功率、功率因素等参数时，需要用到电源负载使变频电源带载输出。实验室中一般使用负载箱或负载柜，其体积和重量都较大难以携带到用户现场使用。所以制作一个使用简单、稳定、体积小、重量轻的便携式大功率交流阻抗电源负载到用户现场校准变频电源能提高工作效率。本文研究便携式电源负载的制作和其功率元器件的选择。
关键词 变频电源；校准；电源负载；便携
中图分类号 V242 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)071-0114-01
变频电源作为常用的试验辅助设备，广泛应用在各个行业中。科研实验室、电子电器产品生产企业的研发和生产都需要优质电源条件。因此近年越来越多用户对变频电源提出校准测试的要求，对于变频电源的校准过程中，如对电流、功率、以及部分新型设备有功率因素示值等参数的校准需要使用到各种阻抗电源负载。本文根据实际工作中经验对变频电源校准用便携式电源负载制作和使用的一些研究。
1 电源负载作用和特点
电源负载主要作用是为了使变频电源带载输出，而变频电源的各个主要计量参数能显示不同的示值与标准表显示的实际值进行校准（图1）。因此一个稳定的电源负载直接影响读数的稳定度，也间接影响校准的不确定度。值得注意的是，电源负载的调节范围也需要根据变频电源的带载能力相适应。而变频电源是可以带各种阻抗特性的负载，如常见的感性负载、阻性负载等。因此校准时，应该对各种负载的情况下进行试验。
图1
2 便携式试验电源负载的设计和分析
根据校准测试变频电源的过程中发现近年使用变频电源的用户从过去的容量500 VA居多发展到现在使用容量（2～10）kVA较多（甚至更大容量）。这样问题就出现了，容量500 VA的变频电源体积相对较小、重量相对较轻，送实验室校准较容易，但容量大的变频电源一般体积重量都比较大，送实验室校准并非易事。考虑到用户现场校准如果使用实验室负载箱或负载柜体积重量同样较大，不便于送实验室校准。也考虑到用户提供电源负载（一般为被测试的产品）也存在一些问题，如示值不稳定、校准难以覆盖全量程、耗时较大等问题。因此设计制作一个功率10 kW左右体积较小、重量较轻的便携式交流阻抗负载使现场校准工作更方便和工作效率更高。
设计过程中试验过各种功率元器件进行试验，发现大功率刹车电阻带载稳定、高功率但体积小、热效应变化小非常适合做纯阻性负载。刹车电阻是采用耐高温材料作为电阻基体，高绝缘不燃性填充料灌封，与基体电阻丝及金属外壳紧密结合，具有较高的稳固性和热传导性，自带散热片的铝体合金外壳，使该电阻的散热性能远远超过传统型的同体积同功率电阻，既明显降低了电阻体的表面温升，又大大提高了耐负荷能力和长期稳定性。用10只1000 W50 Ω大功率刹车电阻并联及开关选择，可以从1 kW -10 kW
（即5 Ω～50 Ω）之间选择合适的纯阻性负载。因为纯阻负载功率因素为：cosφ=1，所以最大额定功率可直接计算得：
而使用多个电感镇流器与大功率刹车电阻串联并加开关选择，就能实现可调带感性负载改变功率因素。例如使用电感量为0.5H的镇流器与50Ω的功率电阻串联时，在频率为50Hz电路中的感抗为：
XL=2πfL=2×3.14×50×0.5=157Ω
根据阻抗串联的模计算求出电路中的总阻抗：
所以感性负载电路中的功率因素为：
只要简单的用开关调整减少电感量或者增加电阻量时，根据上述计算的关系，可以轻易的得到功率因素从cosφ=（0.3～0.8）可调的带感性负载。实现使变频电源感性负载的带载输出。
经试验发现使用有机薄膜型油浸电容非常适合调整容性负载的器件。该电容采用加厚的金属化锌铝膜作为电极和介质，金属化锌铝膜经过卷绕机卷绕后装入铝质外壳中。再在外壳中装入高纯度的蓖麻油使其保持真空状态，并且能够耐高温、使用寿命更长。例如使用50 μF 240 V油浸电容与50 Ω大功率电阻串联，在频率为50 Hz电路中同样的方式计算容抗：
根据阻抗串联的模计算求出电路中的总阻抗：
所以容性负载电路中的功率因素为：
同样只需简单的用开关调整减少电容量或者增加电阻量时，根据上述计算的关系，可以轻易的得到功率因素从cosφ=（0.6～0.8）可调的带容性负载。实现使变频电源容性负载的带载
图2
输出。
综合上述的分析，使用大功率刹车电阻、电感整流器、油浸电容简单的串联和并联的连接，并加入开关选择就能实现便携式的交流阻抗电源负载（图2）。值得注意的是感性和容性负载在不同的测试频率和电压下功率因素会有所变化，但是作为电源负载本来的作用是让变频电源在不同的阻抗特性负载情况下带载输出，标准功率表才是作为校准用的标准器。负载本身不需要做得很精确，只要稳定就已经足够。
3 结论
本文研究的变频电源校准专用便携式电源负载在实际使用过程中发现带载情况下，变频电源输出非常稳定，尤其在阻性负载的情况下，标准表功率示值能保持在0.5 W之间变化，减少了因读数不稳定引起测量误差。有较高的携带性，整体重量约8 KG，体积能很容易地控制在500 MM*500 MM*100 MM之内，就算进行现场校准测试也比较轻便携带。在现场进行校准工作只需要按（图1）跟变频电源和标准功率表进行简单的连接，然后通过开关选择所需要的阻抗，轻易地完成现场校准工作，免去找负载、连接负载等繁琐工作，节省工作时间和提高工作效率。
参考文献
[1]朱健军.校准变频电源的探讨[J].计量与测试技术,2008,35(8).
[2]李鑫.变频电源校准方法的研究[J].江苏现代计量,2009,5.