电力谐波检测仪制造技术

技术编号:9049069 阅读:219 留言:0更新日期:2013-08-15 17:49
本实用新型专利技术提供了一种电力谐波检测仪,包括电压传感器、电流传感器、存储器以及通信模块,还包括用于采样信号处理的信号调理电路、锁相环系统、用于采集信号的A/D采样电路、用于数据处理的嵌入式处理器、用于人机互动的输入输出设备,本实用新型专利技术检测设备满足国标谐波测试仪器精度要求,基波幅值误差小于0.15%,谐波幅值误差小于3%,系统频率测量误差≤0.01Hz,可进行2~60次谐波测试。电路设计方面符合国际电子设备相关标准,满足低功耗,低辐射以及抗电磁干扰要求,对使用环境要求低。外观方面着眼于手持设备,尽可能保证体积小巧,易于携带。设备带有保护装置,能够防止因外界环境异常或人为误操作而造成的设备损坏。(*该技术在2022年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】

本技术属于一种检测仪,具体属于一种电力谐波检测仪
技术介绍
电力系统正常运行时,它以额定电压和额定频率向用户供应电能。但在实际运行中,电网中的负载是不断变化的,负载中包含有各种非线性电力电子设备,如电感电容等,特别是在电器设备和电子系统控制领域广泛采用的开关电源、晶闸管等电子器件不可避免地产生非正弦波形,给电网带来扰动。除了这些电力电子设备外,供电系统中挂载有电弧炉、变频器、整流器、旋转电机等非线性负载,这些负载不像纯电阻用电设备,它们在消耗有功功率的同时还消耗大量的无功功率给电网造成很大的干扰,使供电网中的波形发生畸变,不再是单一的额定频率的正弦波波形。电网中产生大量频率大于额定频率的电流分量,这些频率大于额定频率的分量称为谐波分量。谐波的大量产生,成为当前电力系统中影响电能质量的重要因素之一。电力谐波对电力系统的危害主要表现在以下几个方面:( I)谐波对线路的影响(2)对电力变压器的影响(3)对 电力电容器的影响(4)对电机的影响(5)对继电保护和自动装置的影响( 6 )对通信线路产生干扰电力谐波检测的交流信号主要有:电压信号Ua,Ub, Uc,电流信号Ia,lb, Ic,1 (中线电流),目前电力系统各种监测仪器中采用的采样方式一般为:“多路开关+采样保持+A/D转换”模式,这种模式硬件设计简单、成本低。在同步性要求不高的系统中可以得到很好的结果。但是在谐波分析中如果采用这种方式,即使在每周波采样128点的情况此下,对于19次此谐波,其相位最少也会带来6度的误差,这对于提取基波分量进行信号分析的系统而言,误差可以忽略,而对于高次谐波的测量,将使测量数据没有可信度。国内外出现不少关于电力谐波检测装置,国外电力谐波检测装置产品性能先进,适用范围广,且耐用可靠,但价格较为昂贵,且在测量功能、测量通道和数据齐全等方面存在不同程度的缺陷,国内产品价格较低,但是制造工艺较差,可靠性和精度普遍不高且大多不能便携,主要适用于谐波测量方面,而在高次谐波的分析、波形分析、采样窗口的选择、数据处理及结果输出方面与国外产品相比差距较大。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种测量精度精度、能够实时测量并且处理电能信号、携带方便的电力谐波检测仪。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是:一种电力谐波检测仪,包括用于检测电压信号的电压传感器、用于检测电流信号的电流传感器、存储器以及通信模块,还包括用于采样信号处理的信号调理电路、锁相环系统、用于采集信号的A/D采样电路、用于数据处理的嵌入式处理器、用于人机互动的输入输出设备;一所述信号调理电路包括顺次连接的低通抗混叠滤波电路,电压跟随电路,信号整理电路,低通抗混叠滤波电路的输入端用于接收所采集的电压、电流信号,信号整理电路的输出端分两路,分别连接锁相环系统、A/D采样电路的输入端;一所述锁相环系统包括鉴相器、滤波电路、电平转换电路、函数发生器,所述信号调理电路输出方波到鉴相器的一个输入端,鉴相器的输出端,经滤波电路,电平转换电路,到函数发生器,函数发生器输出方波返回到鉴相器的另一输入端构成锁相环电路。所述电平转换电路包括依次相连的电压跟随电路与放大电路,电压跟随电路的输入端连接滤波电路的输出端,放大电路的输出端连接函数发生器的输入端。所述函数发生器包括具有多种波形输出的振荡集成电路与运算放大电路,函数发生器的输入端与电平转换电路相连,函数发生器的输出端分两路,分别连接A/D采样电路、鉴相器的输入端。所述嵌入式处理器包括用于接收采集信号的数据采集模块、用于处理采集信号的分析模块、用于存储数据的压缩模块、用于数据传输的通讯模块、用于显示数据的展示模块、用于设定权限的管理模块。本技术的有益效果是,检测设备满足国标谐波测试仪器精度要求,基波幅值误差小于0.15%,谐波幅值误差小于3%,系统频率测量误差< 0.01Hz,可进行2 60次谐波测试。电路设计方面符合国际电子设备相关标准,满足低功耗,低辐射以及抗电磁干扰要求,对使用环境要求低。外观方面着眼于手持设备,尽可能保证体积小巧,易于携带。设备带有保护装置,能够防止因外界环境异常或人为误操作而造成的设备损坏。设备硬件具有良好的扩展性,可以根据需求方便增加或去除功能器件。软件方面采用优秀嵌入式操作系统和组件技术,应用程序界面友好,易于操作。以下结合附图对本技术进一步说明。附图说明图1是本技术的硬件架构图;图2是本技术所需正弦波发生电路原理结构图;图3是本技术所需电平转换电路原理图;图4是本技术所需输入及调理电路原理图;图5是本技术所需正弦波发生电路原理具体实施方式图3中Ul、U2运算放大器,R1-R4电阻;图4中TRl变压器,Ul运算放大器,R1-R9电阻,C1-C3电容;图5中Ul函数发生器,R1-R6电阻,RV1-RV4变阻器,Cl电容。参照图1所述信号调理电路I的输入端与电压传感器2和电流传感器3连接,输出端分别与锁相环系统4的输入端、A/D米样电路5的输入端连接,A/D米样电路5的输入端与锁相环系统4的输出端连接,输出端与嵌入式处理器6连接,嵌入式处理器6与存储器7、输入输出设备8以及通信模块9连接。根据图2所述,电压互感器I采集电网电压,通过信号调理电路2,输入到鉴相器3的一个输入端,从鉴相器3的输出端,输出信号,经滤波电路4,电平转换电路5,输入函数发生器6,函数发生器6输出方波7返回到鉴相器3的另一输入端,函数发生器6输出正弦波到A/D采样电路。根据图4所述的输入及调理电路,运算放大器UlB构成电压跟随电路,运算放大器U1A、电阻R1-R4、电容Cl、C2构成低通抗混叠滤波电路,运算放大器U1C、电阻R6-R9、电容C3构成信号整理电路。系统采用的谐波检测算法中需要用到与电网电压同步的正余弦信号作为基准信号,所述信号的获取可以采用锁相环加正余弦函数发生器的方法,通过锁相环加正弦函数发生器的方法,可自动实时跟踪电网电压的频率和相位,不占用微处理器的软、硬件资源,大大降低了谐波检测算法编程的复杂度。实施案例:图1中电压传感器2测量的电压信号Ua,Ub, Uc,电流传感器3测量的电流信号Ia,lb, Ic,中性信号1,直接输入到信号调理电路1,参考图4,所述信号调理电路I可由精密电阻配合集成运放LM2902组成,通过电压互感器2,电流互感器3,低通抗混叠滤波电路处理后,滤除高频信号部分,使输入到后级的信号为有限带宽信号,经过信号调理电路中的电压跟随电路,避免前后电路对信号采集的影响,再通过信号整理电路,抑制由外界条件的变化带给电路的影响,滤去整流输出电压中的纹波。本实施中信号调理电路中附加了低通抗混叠滤波电路,再加上A/D采样芯片本身各通道都具有内置的反混叠滤波器,这使得本检测仪具有良好的抗干扰能力和抗混叠性能,保证处理器进行FFT运算以完成频谱分析时能带到准确结果。此信号分成两路,一路送入锁相环系统4,为实现频率测量和对信号同步做准备,另一路送入A/D采样电路5 ,对信号进行采样和保持。—路信号直接作为图2中鉴相器3的一个输入,鉴相器3、滤波电路4、电平转换电路5和函数发生器6组成一个锁相环(PLL)电路。当环路锁定时,输出与电网电压同步的正弦波,即同频同相,并且在时间本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种电力谐波检测仪,包括用于检测电压信号的电压传感器(2)、用于检测电流信号的电流传感器(3)、存储器(7)以及通讯模块(9),其特征在于:所述电力谐波检测仪还包括用于采样信号处理的信号调理电路(1)、锁相环系统(4)、用于采集信号的A/D采样电路(5)、用于数据处理的嵌入式处理器(6)、用于人机互动的输入输出设备(8);—所述信号调理电路(1)包括顺次连接的信号整理电路、电压跟随电路及滤波电路,信号整理电路的输入端用于接收所采集的电压、电流信号,滤波电路的输出端分两路,分别连接锁相环系统(4)、A/D采样电路(5)的输入端;—所述锁相环系统(4)包括鉴相器(10)、滤波电路(11)、电平转换电路(12)、函数发生器(13),所述信号调理电路(1)输出波形到鉴相器(10)的一个输入端,鉴相器(10)的输出端,经滤波电路(11)、电平转换电路(12)到函数发生器(13),函数发生器(13)输出方波(14)返回到鉴相器(10)的另一输入端构成锁相环电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:蔡秀珊高虹
申请(专利权)人:浙江师范大学
类型:实用新型
国别省市:

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