一种用于测量接地体阻抗的宽频带测试装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种用于测量接地体阻抗的宽频带测试装置，包括基于模拟PI调节的激励源；基于模拟PI调节的激励源包括AC/DC变换器、DC/AC变换器、PI调节器、SPWM和比较器；AC/DC变换器的输入端为基于模拟PI调节的激励源的输入端；AC/DC变换器的输出端连接DC/AC变换器的输入端，DC/AC变换器的输出端作为基于模拟PI调节的激励源的输出端；DC/AC变换器的输出端连接比较器的第一输入端，给定电路的输出端连接比较器的第二输入端，比较器的输出端连接PI调节器的输入端，PI调节器的输出端连接AC/DC变换器的控制端；基于DSP的控制器的输入端连接DC/AC变换器的输出端，基于DSP的控制器的两个输出端分别连接给定电路和SPWM的输入端；SPWM的输出端连接DC/AC变换器的控制端。本发明专利技术输出的频带较宽为20Hz～30kHz。

A wide band test device and method for measuring the impedance of earthing body

The invention discloses a method for measuring the grounding impedance of the wide band testing device, including the simulation of PI control based on PI simulation of excitation source; adjusting excitation source including AC/DC converter, DC/AC converter, PI regulator, SPWM and comparator based on; input AC/DC converter based on PI simulation of incentive regulation the source of the input; output AC/DC converter connected DC/AC converter input and output DC/AC converter as the output end analog PI regulation of excitation source based on the first input end; the output end of the DC/AC converter is connected with the comparator, the output end of the given circuit connected with the comparator input comparator second. The output end is connected with the input end of the PI regulator, PI regulator output end connected AC/DC converter control terminal; DSP controller input output is connected with the DC/AC converter based on end, based on the DSP The two output terminals of the controller connect the input terminal of the given circuit and the SPWM, and the output end of the SPWM connects the control end of the DC/AC converter. The frequency band of the present invention is wider than 20Hz to 30kHz.

【技术实现步骤摘要】
一种用于测量接地体阻抗的宽频带测试装置和方法
本专利技术涉及接地阻抗测量领域，特别涉及一种用于测量接地体阻抗的宽频带测试装置和方法。
技术介绍
接地网铺设在地下与土壤紧密接触，土壤中的氧气、酸性溶液、杂散电流和微生物等对接地网均有一定的侵蚀作用。不同地区的土壤特性与成分也不尽相同，其对接地网的腐蚀能力也不尽形同。因此，监控和感知接地网的运行状态，并对其及时的维护对保证电气设备的可靠运行与供用电安全极为重要。而接地网的阻抗特性成为表征和感知接地网运行状态的唯一手段。由于接地网测量现场存在大量工频电磁干扰，且测试的信号线路传输距离较远相互之间干扰很大，就要求测试仪器要有尽可能大的输出电流，即保证整个测试仪的功率足够大，以保证整个测试过程的抗干扰能力。随着测试测量技术的不断发展，接地阻抗测试方法和接地阻抗测试仪都经过了不断的发展和改进。先后出现了手摇式电阻表、钳形电阻表和变频大功率阻抗测试系统等。变频大功率阻抗测试系统是根据异频法进行测试，要求测试电流在3A～20A，频率40Hz～60Hz。即采用尽可能大的测试电流以保证测试过程的抗干扰能力，使用易于工频且尽量接近于工频的测量频率，方便测量结果的检测且其测试结果又和工频条件下极为接近。但是，随着对接地网故障诊断、接地网腐蚀速率的预测和接地材料特性测试等方面的研究的深入，人们迫切的需要更加深入的了解接地网的中频和高频特性。同时也需要通过该方面的深入研究，逐步的修订IEEE/GB中关于接地网建设和接地阻抗测量方面的统一标准。其中主要的测试目标是，测试接地网的中频即1kHz附近和高频30kHz附近的特性。但是，在这样的测试频率要求下，一般均是采用信号放大的手段完成的，其测试设备体积大、输出功率小、抗干扰能力也较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于测量接地体阻抗的宽频带测试装置和方法，以克服现有变频测试设备频率范围窄的问题。本专利技术通过引入变频技术设计出一种便携式、智能化、宽频、大功率的接地阻抗测试设备，在拓宽测试频率的同时，尽可能在不过分的增加体积和重量的前提下，提高整个测试系统的输出功率，并为该测试设备设计配套的阻抗测量部分，使其成为一套完整的接地装置宽频带综合测试系统。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于测量接地体阻抗的宽频带测试装置，其特征在于，包括基于模拟PI调节的激励源和基于DSP的控制器；基于模拟PI调节的激励源包括AC/DC变换器、DC/AC变换器、PI调节器、SPWM和比较器；AC/DC变换器的输入端为基于模拟PI调节的激励源的输入端；AC/DC变换器的输出端连接DC/AC变换器的输入端，DC/AC变换器的输出端作为基于模拟PI调节的激励源的输出端；DC/AC变换器的输出端连接比较器的第一输入端，给定电路的输出端连接比较器的第二输入端，比较器的输出端连接PI调节器的输入端，PI调节器的输出端连接AC/DC变换器的控制端；基于DSP的控制器的输入端连接DC/AC变换器的输出端，基于DSP的控制器的两个输出端分别连接给定电路的输入端和SPWM的输入端；SPWM的输出端连接DC/AC变换器的控制端。进一步的，基于模拟PI调节的激励源中，由输入的AC/DC变换器将交流电变换成直流电为DC/AC变换器提供母线电压，再经DC/AC变换器变换生成频率和幅度可调的正弦波电源；通过基于DSP的控制器产生激励源的给定信号，与DC/AC变换器的输出电压信号在比较器中进行比较，将误差信号送入模拟PI调节器，形成电压控制环。进一步的，AC/DC变换器既作为DC源，又作为AC源的前级，为DC/AC变换器提供母线电压；其中，AC和DC的输出切换采用一组切换开关完成；AC/DC变换器的输出端连接有第一开关触点，DC/AC变换器的输出端连接有第二开关触点；切换开关的固定端连接比较器的第一输入端，切换开关的移动端能够选择连接第一开关触点或第二开关触点，用于切换AC和DC的输出。进一步的，基于DSP的控制器，控制DA转换器产生可控的激励源给定信号，与DC/AC变换器输出电压反馈信号比较后产生的误差信号通过PI调节器控制AC/DC部分提供的母线电压；同时，基于DSP的控制器产生宽频的SPWM同步调制波形控制DC/AC变换器输出交流电的频率，与外围采样信号处理电路一起完成对阻抗测量点的电压和电流信号的测量，并计算阻抗值。进一步的，还包括基于ARM的人机交互系统；基于ARM的人机交互系统连接基于DSP的控制器；基于ARM的人机交互系统，用于通过外部按键接收用户配置指令，通过LCD显示器显示当前的测量配置条件和阻抗测量结果，并通过ARM与DSP的通信通道，实现ARM对整个系统的状态的监控。进一步的，AC/DC变换器和DC/AC变换器两级结构通过LC缓冲电路连接。进一步的，DC/AC变换器的输出端设置可选择的电容C1和C2，通过切换C1和C2能够使基于模拟PI调节的激励源输出交流电的频率范围为20Hz～30kHz。一种用于测量接地体阻抗的宽频带测试方法，包括：模拟PI调节的激励源的输出端连接待测接地体，提供激励电压；采样电路对接地体两端的电压、电流信号进行采集并转换成0-3V的电压信号送给基于DSP的控制器内部的AD进行处理，然后基于DSP的控制器对AD转换得到的电压、电流的数字量进行运算，得到接地体的阻抗值。本专利技术根据接地装置宽频带综合测试系统的设计需求，确定了系统总体设计框架。主要包括三个部分：基于模拟PI调节的激励源、基于DSP的控制器和基于ARM的人机交互系统。接地装置宽频带综合测试系统的激励源主电路分为两级结构，由输入的AC/DC将交流电变换成直流电为DC/AC部分提供母线电压，再经DC/AC变换生成频率和幅度可调的正弦波电源。通过DSP产生激励源的给定信号，与输出电压信号进行比较，将误差信号送入模拟PI调节器，形成电压控制环。其中AC-DC变换器既作为DC源，又作为AC源的前级，为DC-AC部分提供母线电压。其中，AC和DC的输出切换采用一组切换开关完成。基于DSP的控制器，主要作用有：控制DA转换器产生可控的激励源给定信号，产生宽频的SPWM同步调制波形，与外围采样信号处理电路一起完成对阻抗测量点的电压和电流信号的测量，并计算阻抗值，同时负责接收ARM给出的指令信号，对整个激励源实现状态监控。基于ARM的人机交互系统，主要用于通过外部按键接收用户配置指令，通过LCD显示器显示当前的测量配置条件和阻抗测量结果，并通过ARM与DSP的通信通道，实现ARM对整个系统的状态的监控。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：1、在分析现有的高频测量系统和逆变电源的基础之上，本专利技术提出了现有的宽频带接地阻抗测量系统的结构，其主功率部分采用AC-DC和DC-AC的两级结构。2、宽频输出是本专利技术的关键部分，除了采用高性能的MOSFET将开关频率推到300kHz外，主要是依靠“SPWM+谐振”的方式完成的(设计了低频和高频两组滤波参数，通过切换滤波电容实现，低频滤波，高频谐振)。3、在信号调理过程中分别使用了隔离采样、仪表放大、精密整流和可编程增益控制电路对信号进行处理达到了系统所要求的精度，并实现了测量量程的自动选择。4、给出了基于ARM的人机交互系统的LCD接口电路设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量接地体阻抗的宽频带测试装置，其特征在于，包括基于模拟PI调节的激励源和基于DSP的控制器；基于模拟PI调节的激励源包括AC/DC变换器、DC/AC变换器、PI调节器、SPWM和比较器；AC/DC变换器的输入端为基于模拟PI调节的激励源的输入端；AC/DC变换器的输出端连接DC/AC变换器的输入端，DC/AC变换器的输出端作为基于模拟PI调节的激励源的输出端；DC/AC变换器的输出端连接比较器的第一输入端，给定电路的输出端连接比较器的第二输入端，比较器的输出端连接PI调节器的输入端，PI调节器的输出端连接AC/DC变换器的控制端；基于DSP的控制器的输入端连接DC/AC变换器的输出端，基于DSP的控制器的两个输出端分别连接给定电路的输入端和SPWM的输入端；SPWM的输出端连接DC/AC变换器的控制端。

【技术特征摘要】
1.一种用于测量接地体阻抗的宽频带测试装置，其特征在于，包括基于模拟PI调节的激励源和基于DSP的控制器；基于模拟PI调节的激励源包括AC/DC变换器、DC/AC变换器、PI调节器、SPWM和比较器；AC/DC变换器的输入端为基于模拟PI调节的激励源的输入端；AC/DC变换器的输出端连接DC/AC变换器的输入端，DC/AC变换器的输出端作为基于模拟PI调节的激励源的输出端；DC/AC变换器的输出端连接比较器的第一输入端，给定电路的输出端连接比较器的第二输入端，比较器的输出端连接PI调节器的输入端，PI调节器的输出端连接AC/DC变换器的控制端；基于DSP的控制器的输入端连接DC/AC变换器的输出端，基于DSP的控制器的两个输出端分别连接给定电路的输入端和SPWM的输入端；SPWM的输出端连接DC/AC变换器的控制端。2.根据权利要求1所述的一种用于测量接地体阻抗的宽频带测试装置，其特征在于，基于模拟PI调节的激励源中，由输入的AC/DC变换器将交流电变换成直流电为DC/AC变换器提供母线电压，再经DC/AC变换器变换生成频率和幅度可调的正弦波电源；通过基于DSP的控制器产生激励源的给定信号，与DC/AC变换器的输出电压信号在比较器中进行比较，将误差信号送入模拟PI调节器，形成电压控制环。3.根据权利要求1所述的一种用于测量接地体阻抗的宽频带测试装置，其特征在于，AC/DC变换器既作为DC源，又作为AC源的前级，为DC/AC变换器提供母线电压；其中，AC和DC的输出切换采用一组切换开关完成；AC/DC变换器的输出端连接有第一开关触点，DC/AC变换器的输出端连接有第二开关触点；切换开关的固定端连接比较器的第一输入端，切换开关的移动端能够选择连接第一开关触点或第二开关触点，用于切换AC和...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志忠，刘树林，王森，吴经锋，张鹏，高峰，申巍，王南，周艺环，张小平，王辰曦，吴子豪，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网陕西省电力公司电力科学研究院，西安科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11