專利名稱：三相工頻諧波分析電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工頻諧波分析電路。
隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，非線性用電設(shè)備日益增多，大量的諧波分量注入電網(wǎng)，造成電網(wǎng)波形畸變，使各種用電設(shè)備精度降低，穩(wěn)定性差，諧波分析儀是用來測量各個廠家或某種用電設(shè)備所產(chǎn)生的諧波頻率有效值相對于基波的比例，以便采取措施加以抑制，使電網(wǎng)質(zhì)量得以保證。目前經(jīng)檢索得知西德的<NOWA>機，雖然可測得的諧波次數(shù)達1-50次，也有CRT顯示，但它的缺點是只能測單相，不能測三相。國內(nèi)的產(chǎn)品除了可彌補(NOWA)機的缺陷外還存在電壓范圍窄，在測量普通的220V或380V的用電設(shè)備的諧波污染時，必須輔加一個電壓轉(zhuǎn)換元件(如電壓互感器)，而電壓轉(zhuǎn)換元件的非線性將使測量精度受到影響，因而也影響其實用性。
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種測量范圍廣、運行速度快不采用電壓電流互感器采樣的三相工頻諧波分析電路。
三相工頻諧波分析路的核心是STD總線結(jié)構(gòu)三CPu，雙A/D系統(tǒng)組成，其中一個上位機負責(zé)整機的指揮作用，人機對話、數(shù)據(jù)校正、參數(shù)計算、打印及CRT顯示等工作，而兩個下位機分別負責(zé)對三個電壓和三個電流的數(shù)據(jù)采集，均化和快速富氏變換(FFT)等工作。三相電壓和三相電流信號分別經(jīng)取樣電阻，測量范圍改變電路，低通濾波器，消除了高次諧波的混疊現(xiàn)象，并將本機與外電場隔離后進入微機的采樣保持電路S/H，通過A/D轉(zhuǎn)換，將所有采樣數(shù)據(jù)存入寄存器。在上位機的指揮下，兩個下位機同步工作，從而實現(xiàn)了同相電壓與電流之間的無時差采樣。各被測信號每周期的采樣點數(shù)在單相時為256點，三相工作時為128點。當(dāng)采集八個周期后作均化處理，以消除偶然的尖峰干擾。在上位機CPu得知均化完畢后，將各數(shù)據(jù)調(diào)到上位機的RAM中進行數(shù)值校正，以消除硬件誤差和各路元件參數(shù)不一致性。再將數(shù)據(jù)分別送回原下位機作FFT變換，便可獲得三個電壓和三個電流中所包含的1-50次諧波分量的幅值和相位。再由上位機將1-50次諧波數(shù)值記總，算出P、Q、R、X、cosφ等所有與此相關(guān)的參數(shù)。上位機還負責(zé)測相位，測頻率的工作。所有有用的數(shù)據(jù)都存入上位機的寄存器中，隨時準備輸出，在CRT上不時地顯示提示符式菜單，以便實現(xiàn)人機對話，根據(jù)操作者的要求，在CRT上可以顯示UA、UB、UC、IA、IB、IC、PA、PB、PC、QA、QB、QC各值的1-50次諧波分量的數(shù)值，還有R、X、cosφ、f等值，以及UA、UB、UC、IA、IB、IC六個參數(shù)的五十個諧波分量與基波分量的比值圖形(直方圖)，若需要保存可用打印機輸出。
三相工頻諧波分析電路的優(yōu)點是1、是在總體設(shè)計方案上采用了STD總成微處理器并行處理結(jié)構(gòu)。2、它采用適用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的STD總線結(jié)構(gòu)，使線路兼?zhèn)淞薙TD總線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)所具有的優(yōu)點，比以往的同類測量儀器在結(jié)構(gòu)上具有更大的優(yōu)越性。STD總線工業(yè)控制機具有較強的對惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力。標(biāo)準化、模塊和組合化的開放式結(jié)構(gòu)，使STD總線工業(yè)控制機能適應(yīng)千差萬別的控制對象，使系統(tǒng)的硬件開發(fā)工作量減少，加速了系統(tǒng)的開發(fā)周期。3、本工頻諧波分析電路采用具有特色的多機并行處理結(jié)構(gòu)，并且在設(shè)計中很好地解決了微處理機之間的通訊問題。工頻諧波分析由兩個下位機和一個上位機組成，上下位機之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過總線申請占用來實現(xiàn)的。兩個下位機分別完成三相電壓，三相電流的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。上位機負責(zé)信號頻率的測定。三相功率因數(shù)角的測定，以及整機的監(jiān)控，通訊，顯示和打印輸出，采用三微機并行處理結(jié)構(gòu)，一方面可以實現(xiàn)電壓信號與電流信號的同步采樣，克服了單微機控制的電壓信號和電流信號分時測量造成的時間錯位誤差。這種時間錯位誤差在以往同類諧波儀中。由于都是采用單微機控制測量，因此是一種不可避免的誤差，只能在軟件上作近似補償，另一方面，采用三微機并行處理結(jié)構(gòu)，電流信號、電壓信號分開同步采樣，就可以使各路信號的采樣頻率提高，增加了每個信號，同期內(nèi)的采樣點數(shù)。采樣點數(shù)的增加提高了諧波分析的精度。三相工頻諧波電路對50HZ的工頻電網(wǎng)信號，每信號同期的采樣點數(shù)量多為384個采用點，諧波分析次數(shù)可分析至50次諧波。除此之外，采樣三微機并行結(jié)構(gòu)，并行測量，并行處理，提高了儀器的測量速度。
4、三相工頻諧波分析電路另一個特點是它的輸出功能很強。一方面，從測量輸出的參數(shù)的種類、數(shù)量較國內(nèi)其他同類測量儀器更為豐富;另一方面，從分析結(jié)果輸出表達方式上，也較國內(nèi)其它同類儀器更為全面、直觀、方便、輸出設(shè)備除打印機外，還有CRT顯示器，分析結(jié)果以表格形式或直方圖形式輸出，在測量過程中，操作上采用CRT顯示器人機對話方式，大大方便了用戶的使用。
下面結(jié)合附圖
闡述一最佳實施例，圖為三相工頻諧波分析電路原理方框圖其中1、電壓采樣電路，2、電流采樣電路，3、測量范圍改變電路，4、低通濾波電路，5、采樣保持電路，6、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，7、寄存器，8、CPu1，9、CPu2，10、CRT顯示器，11、打印機線路，12、鍵盤，13、自校方波信號發(fā)生電路，14、256倍頻鎖相電路，15、128倍頻鎖相電路，16、過另檢驗電路，17、測cosφ電路，18、相位差脈沖形成電路，19、測頻脈沖形成電路，20、計數(shù)器A，21、計數(shù)器B，22、晶振電路，23、通訊電路。
三相工頻諧波分析儀它包括電壓取樣電路1，電流取樣電路2，測量范圍改變電路3，低通濾波電路4，采樣保持電路5，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路6，寄存器7，CPu18，CPu29，CRT顯示器10，打印機線路11，鍵盤12，自校方波信號發(fā)生電路13，256倍頻鎖相電路14，128倍頻鎖相電路15，過零檢驗電路16，測cosφ電17，相位差脈沖形成電路18，測頻通路19，計數(shù)器A20，計數(shù)器B21，晶振電路22，通訊電路23。被測電壓信號及電流信號分別通過電壓取樣電路1和電流取樣電路2后再分別進入測量范圍改變電路3，再通過低通濾波電路4，采樣保持電路5，A/D轉(zhuǎn)換電路6后抵達數(shù)據(jù)總線。此被測信號最終在下位機CPu1、CPu2、RAM、ROM、寄存器7中進行處理本工頻諧波分析電路還包括過零檢驗電路16，相位差脈沖形成電路18，計數(shù)器A20，128倍頻鎖相電路15，256倍頻鎖相電路14，測頻脈沖形成電路19，計數(shù)器B21，自校方波信號發(fā)生電路13，晶振電路22，寄存器7，RAM、ROM、CPu1。下面介紹一下測量過程以被測信號VA(被測A相電壓)作為相位基準經(jīng)過零檢驗電路整形為方波，它有三路輸出(1)送至計數(shù)電路作為頻率測量的開門和關(guān)門控制信號。(2)送至128/256倍頻鎖相電路，使鎖相電路的輸出頻率為被測信號VA頻率的128/256倍。無論被測信號VA的頻率是否變化，其倍頻關(guān)系不變，這樣就可以保證，各被測信號在每個周期中都被采樣128/256個點。(3)送至上位機的數(shù)據(jù)總線，上位機CPu1根據(jù)程序要求決定是否訪問過零檢驗電路，平時，不起作用，當(dāng)CPu1接到來自鍵盤的“工作”信號時，CPu1就訪問，看過零時刻，是否來到，若未到則等待，一旦過零信號出現(xiàn)就把上述三個功能中的(1)、(2)的控制門打開，測頻計數(shù)器和兩個下位機的采樣工作同時開始，當(dāng)采樣滿八個周期后第九個周期的開始過零點一到。CPu1就控制關(guān)閉功能(1)、(2)的閘門。由于鎖相電路的輸出端分別接到兩個下位機的CPu2中輸入端，因此保證兩個下位機同時收到中斷信號，兩個下位機接到中斷信號后將采樣保持電路5與低通濾波電路4之間的電子開關(guān)接通，因此電壓采樣電路及電流采樣電路接收的電壓及電流量通過采樣保持電路，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路后的數(shù)字量通過計算機總線存入下位機RAM區(qū)中，由下位微機完成均化處理后向上位機發(fā)出采樣結(jié)束信號。
本電路還包含測cosφ的通路17，與相位差脈沖形成電路18相連接，上述二組脈沖形成電路分別接計數(shù)器A20，計數(shù)器B21，兩計數(shù)器與計算機總線連接，晶體振蕩器22與計數(shù)器B21相接。本分析儀還有過零檢驗功能，過零檢驗器16的一端與總線相接，另一端分別與128倍頻鎖相器15及256倍頻鎖相器14及計數(shù)器21、22相連接，128倍頻鎖相器15，256倍頻鎖相器14的另一端分別接一個電子開關(guān)，每個電子開關(guān)與總線相接，本分析儀還有自校功能，自校方波信號的兩端分別接電壓信號采樣保持器和電流采樣保持器的電子開關(guān)。
在上位機指揮兩個下位機對電壓信號及電流信號采樣的同時，也對信號的周期和基波功率因素角進行檢測。當(dāng)線路對相角及頻率測量時，兩組下位機各組對有關(guān)數(shù)據(jù)作FFT變換分別算出各相電壓和電流的五十個諧波分量的幅值和相位值，上位機得知下位機FFT變換結(jié)束的通知后，立即將各數(shù)據(jù)調(diào)至上位機，連同上位機自身檢測到的所有數(shù)據(jù)一起進行各項計算，計算結(jié)束后在CRT顯示器上立即顯示CRT、print報告操作者采取何種輸出方式。
本工頻諧波分析電路包括自校功能，自校方波信號的兩端分別接電子開關(guān)，這兩個電子開關(guān)分別接電流采樣保持電路及電壓采樣保持電路。
權(quán)利要求
1.一種可帶打印機，鍵盤的工頻諧波分析電路，其特征在于它包括一個上位機、二個下位機、二個下位機經(jīng)通訊電路與上位機相連，測量電壓信號電路的連接方式是采樣電路連接測量范圍改變電路，測量范圍改變電路連接低通濾波器，低通濾波器接電子開關(guān)，電子開關(guān)接采樣保持電路，采樣保持電路接A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器與計算機數(shù)據(jù)總線連接，由A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號通過計算機數(shù)據(jù)總線后進入存儲器RAM、ROM和寄存器并在CPu2中進行處理，測量電流信號的電路連接方式是電流采樣電路連接測量范圍改變電路，低通濾波電路輸入端與測量范圍改變電路相接，輸出端與電子開關(guān)相連，采樣保持電路輸入端與電子開關(guān)相連，輸出端與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出端接計算機數(shù)據(jù)總線，由數(shù)據(jù)總線輸出的電流測量信號進入RAM、ROM和寄存器，并在CPu2中進行處理。
2.如權(quán)利要求1所述的工頻諧波分析電路，其特征在于它還包括一過零檢驗電路，此電路與被測A相電壓信號相連還與計算機總線相接，還有一端分別與兩個計數(shù)器，128倍頻鎖相電路、256倍頻鎖相電路相連接，128倍頻鎖相電路，256倍頻鎖相電路的另一端分別接電子開關(guān)，電子開關(guān)的另一端接計算機總線，上述兩個計數(shù)器接計算機數(shù)據(jù)總線，此段數(shù)據(jù)總線還連接鍵盤、CRT顯示器、打印機、及上位機，上位機包括CPu1、RAM、ROM、寄存器。
3.如權(quán)利要求1、2所述的工頻諧波分析電路，其特征在于它還包括一相位差脈沖形成電路，測頻脈沖形成電路，上述兩線路的輸入端分別與被測信號源相接，另一端與過零檢驗電路相接的計數(shù)器相連接，測頻脈沖形成電路所連接的計數(shù)器還與一晶體振蕩器相接，此分析電路還包括一自校方波信號電路，此線路分別與被測單相電壓信號、與采樣保持電路相連的電子開關(guān)相連接。
全文摘要
一種工頻諧波分析電路，它包括一個上位機，兩個下位機，電壓取樣電路、電流取樣電路、測量范圍改變電路、低通濾波電路、采樣保持電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計算機總線、測cosФ通路、測頻通路，相位差脈沖形成電路，測頻脈沖形成電路、計數(shù)器、晶體振蕩器、計算機總線，它還包括過零檢測電路，自較方波信號電路。
文檔編號G01R23/16GK1061851SQ9110913
公開日1992年6月10日 申請日期1991年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1991年9月18日
發(fā)明者徐會明, 盧錦鳳, 鄭連山, 佟為明, 趙樹森, 吳森, 何芳 申請人:黑龍江省電力工業(yè)局