專利名稱：變頻介質(zhì)測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測量技術(shù)領(lǐng)域的儀器，具體是一種變頻介質(zhì)測試儀。
背景技術(shù)：
測量介質(zhì)損耗tgδ是一項靈敏度很高的試驗項目。它可以發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的整體受潮、劣化變質(zhì)以及小體積被試設(shè)備貫通和未貫通的局部缺陷，所以在電工制造、電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗中都得到廣泛應(yīng)用。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)變電站的運(yùn)行電壓等級越來越高，由原來的35kV、66kV、110kV等級提高到為220kV、500kV等級。
在電力系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)防性試驗時，同一變電站內(nèi)，有的母線停電進(jìn)行試驗有的母線則帶電運(yùn)行。由于帶電線路的空間耦合，存在分布電容，使得被測試設(shè)備上流過干擾電流。傳統(tǒng)的工頻介質(zhì)測試儀測試不能將被測試設(shè)備上的干擾電流與正常的試驗電流進(jìn)行區(qū)分，現(xiàn)場測試所得到的介質(zhì)損耗tgδ誤差很大，且不穩(wěn)定，不能反映被測設(shè)備的真實情況。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)枮?8236167.x、申請日為1998年07月30日，該專利公開了一種采用異頻技術(shù)的高壓電器介損測量裝置。該專利自述為“由異頻信號發(fā)生器、功率放大器、升壓電路、異頻信號采集電路、電壓分壓電路、電流轉(zhuǎn)換電路及單片機(jī)組成?！苯梃b此現(xiàn)有技術(shù)，采用異頻信號發(fā)生器，可以實現(xiàn)47.5HZ/52.5HZ異頻測量介質(zhì)損耗，實現(xiàn)抗干擾測量。但是實現(xiàn)電路復(fù)雜，導(dǎo)致生產(chǎn)調(diào)試工藝難度大，可靠性差。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種變頻介質(zhì)測試儀，使其具有抗干擾能力強(qiáng)、測量準(zhǔn)確、測量速度快、內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單緊湊、制造工藝簡單的優(yōu)點。
本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本實用新型包括變頻箱、高壓箱、計算機(jī)控制模塊。220VAC電源接到變頻箱、計算機(jī)控制模塊，計算機(jī)控制模塊輸出端接到變頻箱的輸入端，變頻箱輸出端接到高壓箱輸入端，高壓箱輸出端接到計算機(jī)控制模塊的輸入端。
高壓箱由高壓變壓器、標(biāo)準(zhǔn)電容器組成，高壓變壓器輸出的高壓端接到標(biāo)準(zhǔn)電容器的高壓端上，高壓變壓器輸出的低壓端接到儀器的“工作地”，高壓變壓器的輸入端接變頻箱的輸出端，標(biāo)準(zhǔn)電容器的低壓端接到計算機(jī)控制模塊。
變頻箱由整流穩(wěn)壓電路、智能化功率集成模塊、控制信號驅(qū)動電路、LC濾波電路組成；220VAC電源接到整流穩(wěn)壓電路的輸入端，整流穩(wěn)壓電路輸出端連接到智能化功率集成模塊的輸入端，智能化功率集成模塊輸出端連接到LC濾波電路的輸入端，控制信號驅(qū)動電路的輸出端連接到智能化功率集成模塊。
計算機(jī)控制模塊包括DSP處理器、SPWM輸出模塊、模擬放大模塊、AD轉(zhuǎn)換電路、組合邏輯模塊、液晶顯示屏、按鍵、頻率采樣電路。模擬放大模塊輸出端接到AD轉(zhuǎn)換電路的輸入端，AD轉(zhuǎn)換電路的輸出端通過組合邏輯模塊后接到DSP處理器的輸入端，DSP處理器的輸出端通過組合邏輯模塊接到SPWM輸出模塊，DSP處理器同時連接液晶顯示屏以及鍵盤，DSP處理器輸出端通過組合邏輯模塊接到SPWM輸出模塊，頻率采樣電路輸出端接到DSP處理器。
高壓箱由高壓變壓器向被測試設(shè)備提高試驗用高電壓，標(biāo)準(zhǔn)電容器向計算機(jī)控制模塊反饋試驗電壓。
變頻箱的控制信號驅(qū)動電路接到計算機(jī)控制模塊輸出SPWM波，將其放大送到智能化功率集成模塊，智能化功率集成模塊輸出的功率經(jīng)過LC濾波電路輸出47.5Hz/52.5Hz的正弦波，送到高壓箱內(nèi)的高壓變壓器。
計算機(jī)控制模塊中的模擬放大模塊對被測試設(shè)備的電流信號、標(biāo)準(zhǔn)電容器反饋的電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，并進(jìn)行濾波放大，之后，送到AD轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，AD轉(zhuǎn)換電路輸出通過組合邏輯模塊將數(shù)字量送到DSP處理器，DSP處理器對數(shù)字量進(jìn)行處理計算，將結(jié)果在液晶顯示屏進(jìn)行顯示，另外DSP處理器控制AD轉(zhuǎn)換電路的采樣頻率。另外DSP處理器還輸出SPWM波，通過組合邏輯模塊，將SPWM波連接到SPWM輸出模塊，SPWM輸出模塊輸出連接到變頻箱的控制信號驅(qū)動電路。計算機(jī)控制模塊中的按鍵用來設(shè)定試驗電壓。頻率采樣電路獲取測試現(xiàn)場的干擾頻率。
總之，本實用新型，通過一體化采用測量技術(shù)及變頻抗干擾技術(shù)實現(xiàn)了在強(qiáng)干擾環(huán)境下，準(zhǔn)確測量絕緣介質(zhì)損耗的功能。儀器可自動升、降試驗電壓、自動測量并顯示測量結(jié)果；采用頻率跟蹤技術(shù)、相關(guān)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以減小空間工頻干擾信號對測量帶來的不利影響。
本實用新型使用DSP處理器，以晶振時鐘信號作基準(zhǔn)，根據(jù)干擾信號頻率，用軟件的方式產(chǎn)生、調(diào)整spwm波，實現(xiàn)47.5Hz/52.5Hz變頻測量，用軟件的方式控制調(diào)整信號采樣頻率，實現(xiàn)信號/干擾信號同時整周波采樣，通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，徹底剔除干擾，實現(xiàn)正確測量功能。
本實用新型利用變頻箱的輸出功率可調(diào)的特性在面板上增加一輸出端子，就可將其輸出直接接到電容式互感器的二次側(cè)，在其一次側(cè)得到試驗高壓，實現(xiàn)了電容式互感器自激法試驗，無需再增加額外的調(diào)壓-升壓設(shè)備，就可直接按照指定的高壓進(jìn)行試驗及測量的功能。大大降低了現(xiàn)場測量的工作強(qiáng)度。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型采用模塊化式結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)、裝配方便，調(diào)試工藝簡單，可靠性好。具有如下突出優(yōu)點1)采用一體化測量技術(shù)。儀器集控制、功率輸出、測量計算、顯示等多種功能為一體。根據(jù)選擇試驗電壓，自動輸出功率，采樣計算并顯示測量結(jié)果。2)操作簡單方便。使用本實用新型在進(jìn)行電容式互感器自激法試驗，無需再增加額外的調(diào)壓-升壓設(shè)備，就可直接按照指定的高壓進(jìn)行試驗及測量的功能。大大降低了現(xiàn)場測量的工作強(qiáng)度，方便操作。3)結(jié)構(gòu)緊湊，采用模塊化設(shè)計，裝配、調(diào)試方便，工藝簡單。


圖1本實用新型電路原理圖(一)圖2為本實用新型原理框圖(二)圖3為變頻箱的電路原理框圖圖4為計算機(jī)控制模塊電路圖圖中，變頻箱1、高壓箱2、計算機(jī)控制模塊3、高壓變壓器4、標(biāo)準(zhǔn)電容器5、整流穩(wěn)壓電路6、智能化功率集成模塊7、控制信號驅(qū)動電路8、LC濾波電路9、DSP處理器10、SPWM輸出模塊11、模擬放大模塊12、AD轉(zhuǎn)換電路13、組合邏輯模塊14、液晶顯示屏15、按鍵16、頻率采樣電路17。
具體實施方式
如圖1、圖2所示，為本實用新型的電路原理框圖本實用新型包括變頻箱1、高壓箱2、計算機(jī)控制模塊3。220VAC電源接到變頻箱1、計算機(jī)控制模塊3，計算機(jī)控制模塊3輸出端接到變頻箱3的輸入端，變頻箱1輸出端接到高壓箱2輸入端，高壓箱2輸出端接到計算機(jī)控制模塊3的輸入端。
高壓箱2由高壓變壓器4、標(biāo)準(zhǔn)電容器5組成，高壓變壓器4輸出的高壓端接到標(biāo)準(zhǔn)電容器5的高壓端上，高壓變壓器4輸出的低壓端接到儀器的“工作地。”高壓變壓器4的輸入端接變頻箱1的輸出端，標(biāo)準(zhǔn)電容器5的低壓端接到計算機(jī)控制模塊3。
計算機(jī)控制模塊3發(fā)出SPWM波，送到變頻箱1，變頻箱1輸出47.5Hz/52.5Hz的正弦波，送到高壓變壓器4產(chǎn)生47.5Hz/52.5Hz的試驗電壓，高壓變壓器4產(chǎn)生的試驗電壓加到標(biāo)準(zhǔn)電容器5上，在標(biāo)準(zhǔn)電容器上產(chǎn)生電流，該電流送到計算機(jī)控制模塊3，計算機(jī)控制模塊3根據(jù)設(shè)定試驗電壓大小調(diào)整SPWM波的占空比到達(dá)控制試驗電壓的目的。
如圖3所示，為變頻箱的電路原理框圖。變頻箱1由整流穩(wěn)壓電路6、智能化功率集成模塊7、控制信號驅(qū)動電路8、LC濾波電路9組成。220VAC電源接到整流穩(wěn)壓電路6的輸入端，整流穩(wěn)壓電路6輸出端連接到智能化功率集成模塊7的輸入端，智能化功率集成模塊7輸出端連接到LC濾波電路9的輸入端，控制信號驅(qū)動電路8的輸出端連接到智能化功率集成模塊7。
整流穩(wěn)壓電路6將220VAC轉(zhuǎn)為直流電壓，做為智能化功率集成模塊7的工作電源，控制信號驅(qū)動電路8將SPWM波信號進(jìn)行光隔離之后連接到智能化功率集成模塊7，智能化功率集成模塊7輸出的功率經(jīng)過LC濾波電路9濾除智能化功率集成模塊7發(fā)出的SPWM變頻功率信號中的高頻諧波成分，使其成為正弦波。
智能化功率集成模塊7為日本三菱公司出品的PM30CSJ060型IPM模塊，額定輸出電流30A，額定耐壓600VDC。
在本實用新型中，利用變頻箱1的輸出功率可調(diào)的特性在面板上增加一輸出端子，就可將其輸出直接接到電容式互感器的二次側(cè)，在其一次側(cè)得到試驗高壓，實現(xiàn)了電容式互感器自激法試驗，無需再增加額外的調(diào)壓-升壓設(shè)備，就可直接按照指定的高壓進(jìn)行試驗及測量的功能。大大降低了現(xiàn)場測量的工作強(qiáng)度，方便操作。整個儀器體積小，重量輕，便于運(yùn)輸，現(xiàn)場使用方便。
如圖4所示，為計算機(jī)控制模塊電路圖。計算機(jī)控制模塊3包括DSP處理器10、SPWM輸出模塊11、模擬放大模塊12、AD轉(zhuǎn)換電路13、組合邏輯模塊14、液晶顯示屏15、按鍵16、頻率采樣電路17。模擬放大模塊12輸出端接到AD轉(zhuǎn)換電路13的輸入端，AD轉(zhuǎn)換電路13的輸出端通過組合邏輯模塊14后接到DSP處理器10的輸入端，DSP處理器10的輸出端通過組合邏輯模塊14接到SPWM輸出模塊11，DSP處理器10同時連接液晶顯示屏15以及鍵盤16，DSP處理器10輸出端通過組合邏輯模塊14接到SPWM輸出模塊11，頻率采樣電路17輸出端接到DSP處理器10。
現(xiàn)場干擾信號頻率與現(xiàn)場電源頻率相同，因此頻率采樣電路17將電源的正弦波信號轉(zhuǎn)為方波信號，輸出給的DSP處理器10，DSP處理器10依據(jù)方波的寬度以晶振時鐘信號作基準(zhǔn)，計算出干擾信號的頻率；模擬放大模塊12將引出的電流信號轉(zhuǎn)成電壓，進(jìn)行濾波放大之后連接到AD轉(zhuǎn)換電路13，AD轉(zhuǎn)換電路13是美國模擬器件公司出品的AD1877JR型雙通道高精度高速度串行輸出A/D轉(zhuǎn)換芯片，其采樣頻率受到DSP處理器10的控制，AD轉(zhuǎn)換電路13輸出連接到組合邏輯模塊14，通過組合邏輯模塊14成為并行輸出信號連接到DSP處理器10，DSP處理器10對得到的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計算，結(jié)果在液晶顯示屏15上顯示，DSP處理器10利用晶振時鐘信號作基準(zhǔn)產(chǎn)生SPWM波，DSP處理器10依據(jù)電源頻率對SPWM波頻率進(jìn)行調(diào)整，DSP處理器10依據(jù)電源頻率控制A/D轉(zhuǎn)換芯片采樣頻率，DSP處理器10輸出的SPWM波通過組合邏輯模塊14進(jìn)行處理之后送到SPWM輸出模塊11，SPWM輸出模塊11是一片驅(qū)動芯片ULN2803A，為美國TI公司出品，輸出電流可以到500mA，將DSP處理器10輸出的SPWM波信號的功率加強(qiáng)。
DSP處理器10為核心器件，是美國TI公司的TMS320F240型DSP，內(nèi)部，工作頻率為20MHz，供電電源為5V(程序空間、數(shù)據(jù)空間、I/O空間都為16k，16通道10位轉(zhuǎn)換率的AD，串行數(shù)據(jù)口，串行通訊口，2個事件管理器，PWM波輸出通道)，用于控制AD轉(zhuǎn)換電路13，對得到采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算，利用DSP的晶振時鐘信號作基準(zhǔn)產(chǎn)生SPWM波，DSP處理器10依據(jù)按鍵16輸入的試驗電壓自動計算調(diào)整SPWM波占空比實現(xiàn)控制試驗電壓的目的。
組合邏輯模塊14為美國lattice公司出品的1024ispLSI-60LJ，由兩片組成。其中一片將AD轉(zhuǎn)換電路13串行輸出轉(zhuǎn)換為并行輸出，另外一片對DSP處理器10輸出的SPWM波進(jìn)行處理。
在頻率采樣電路17中，電源信號接到R74，R74輸出接到U7的第3腳，U7第6腳輸出接到電阻R62上，R62輸出接到U24的第2腳，U24的第7腳輸出接到DSP處理器捕捉器輸入端口上。
在模擬放大模塊12中，標(biāo)準(zhǔn)電容器5輸出接到電阻R1上，將電流信號轉(zhuǎn)為電壓信號，R1輸出接到電阻R129上，R129輸出接到U48的第12腳，U48第14腳輸出接到AD轉(zhuǎn)換電路13的輸入。
權(quán)利要求1.一種變頻介質(zhì)測試儀，包括變頻箱(1)、高壓箱(2)，其特征在于，還包括計算機(jī)控制模塊(3)，220VAC電源接到變頻箱(1)、計算機(jī)控制模塊(3)，計算機(jī)控制模塊(3)輸出端接到變頻箱(3)的輸入端，變頻箱(1)輸出端接到高壓箱(2)輸入端，高壓箱(2)輸出端接到計算機(jī)控制模塊(3)的輸入端，所述的計算機(jī)控制模塊(3)包括DSP處理器(10)、SPWM輸出模塊(11)、模擬放大模塊(12)、AD轉(zhuǎn)換電路(13)、組合邏輯模塊(14)、液晶顯示屏(15)、按鍵(16)、頻率采樣電路(17)，模擬放大模塊(12)輸出端接到AD轉(zhuǎn)換電路(13)的輸入端，AD轉(zhuǎn)換電路(13)的輸出端通過組合邏輯模塊(14)后接到DSP處理器(10)的輸入端，DSP處理器(10)的輸出端通過組合邏輯模塊(14)接到SPWM輸出模塊(11)，DSP處理器(10)同時連接液晶顯示屏(15)以及鍵盤(16)，DSP處理器(10)輸出端通過組合邏輯模塊(14)接到SPWM輸出模塊(11)，頻率采樣電路(17)輸出端接到DSP處理器(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻介質(zhì)測試儀，其特征是，高壓箱(2)由高壓變壓器(4)、標(biāo)準(zhǔn)電容器(5)組成，高壓變壓器(4)輸出的高壓端接到標(biāo)準(zhǔn)電容器(5)的高壓端上，高壓變壓器(4)輸出的低壓端接到儀器，高壓變壓器(4)的輸入端接變頻箱(1)的輸出端，標(biāo)準(zhǔn)電容器(5)的低壓端接到計算機(jī)控制模塊(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻介質(zhì)測試儀，其特征是，變頻箱(1)由整流穩(wěn)壓電路(6)、智能化功率集成模塊(7)、控制信號驅(qū)動電路(8)、LC濾波電路(9)組成，220VAC電源接到整流穩(wěn)壓電路(6)的輸入端，整流穩(wěn)壓電路(6)輸出端連接到智能化功率集成模塊(7)的輸入端，智能化功率集成模塊(7)輸出端連接到LC濾波電路(9)的輸入端，控制信號驅(qū)動電路(8)的輸出端連接到智能化功率集成模塊(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變頻介質(zhì)測試儀，其特征是，智能化功率集成模塊(7)為日本三菱公司出品的PM30CSJ060型IPM模塊，額定輸出電流30A，額定耐壓600VDC。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻介質(zhì)測試儀，其特征是，DSP處理器(10)，是美國TI公司的TMS320F240型DSP，內(nèi)部工作頻率為20MHz，供電電源為5V，程序空間、數(shù)據(jù)空間、I/O空間都為16k，16通道10位轉(zhuǎn)換率的AD，串行數(shù)據(jù)口，串行通訊口，2個事件管理器，PWM波輸出通道。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻介質(zhì)測試儀，其特征是，組合邏輯模塊(14)為美國lattice公司出品的1024ispLSI-60LJ，由兩片組成，其中一片連接到AD轉(zhuǎn)換電路(13)，另外一片連接DSP處理器(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻介質(zhì)測試儀，其特征是，SPWM輸出模塊(11)是一片驅(qū)動芯片ULN2803A，為美國TI公司出品，輸出電流達(dá)到500mA。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻介質(zhì)測試儀，其特征是，或者在變頻箱(1)的面板上增加一輸出端子，其輸出直接接到電容式互感器的二次側(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻介質(zhì)測試儀，其特征是，在頻率采樣電路(17)中，電源信號接到R74，R74輸出接到U7的第3腳，U7第6腳輸出接到電阻R62上，R62輸出接到U24的第2腳，U24的第7腳輸出接到DSP處理器(10)捕捉器輸入端口上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻介質(zhì)測試儀，其特征是，在模擬放大模塊(12)中，標(biāo)準(zhǔn)電容器(5)輸出接到電阻R1上，R1輸出接到電阻R129上，R129輸出接到U48的第12腳，U48第14腳輸出接到AD轉(zhuǎn)換電路(13)的輸入。
專利摘要一種電力設(shè)備測量技術(shù)領(lǐng)域的變頻介質(zhì)測試儀。本實用新型包括變頻箱、高壓箱、計算機(jī)控制模塊。220VAC電源接到變頻箱、計算機(jī)控制模塊，計算機(jī)控制模塊輸出端接到變頻箱的輸入端，變頻箱輸出端接到高壓箱輸入端，高壓箱輸出端接到計算機(jī)控制模塊的輸入端。本實用新型避免了工頻干擾信號對測量帶來的影響，提高了測量速度，電容式電壓互感器自激試驗不再需增加其他儀器，其結(jié)構(gòu)緊湊、測量準(zhǔn)確、操作方便，可以明顯減小測試工作量，提高工作效率，為現(xiàn)場試驗帶來極大方便。
文檔編號G01R31/12GK2864706SQ20052004404
公開日2007年1月31日 申請日期2005年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月4日
發(fā)明者張曉國, 徐彤敏 申請人:上海思源電氣股份有限公司