【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶电站自动控制，具体涉及一种船舶电站功率的测量装置。
技术介绍
1、在船舶电站自动控制系统中，对功率的精准测量关乎船舶电站电网的稳定运行。传统的测量方法是通过有功功率变换器来完成，其原理为假定电压不变，用电路输出与有功功率成正比的直流电压反映测量对象的功率，这种方法要求测量对象电压波动必须极小，而且测量数据精度不高，适用范围小，无法满足船舶电站自动控制设备的需求，所以，一种适应范围更广、测量精度更高的船舶电站功率测量方法亟待提出。
2、随着复杂可编程逻辑器件(cpld)的发展，它具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽等特点，可实现较大规模的电路设计，目前，cpld已经被广泛应用于船舶、工控、通信、军工、航天等诸多领域。如果将cpld应用于功率测量既可以使测量结果具有实时性，又兼顾了一定的灵活性，用户还可以根据需要自行构造满足所需功能的数字集成电路，本装置就是在这一背景下研发而成。
技术实现思路
1、为解决目前船舶电站功率测量方法对测量对象电压波动范围限制严格，且因功率因数测量不准确导致的船舶电站自动控制系统功率测量精度不足等问题，本专利技术提出了一种船舶电站功率的测量装置，基于可编程逻辑器件即cpld计算相位差并结合微处理器计算功率因数进而计算出船舶电站自动控制系统有功功率的装置，该装置适用范围广，且稳定可靠，提高了现有船舶电站功率的测量精度。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种船舶电站功率的测量装置，其特征在于
4、所述电源模块用于为测量模块、逻辑模块以及微处理器模块供电；
5、所述测量模块包括预处理模块和电压电流测量模块，所述预处理模块接收系统输入信号，所述系统输入信号包括船舶电站的电压、电流的交流信号，所述预处理模块包括缩小采样电路单元和带通滤波电路单元，所述缩小采样电路单元对电压、电流的交流信号进行缩小比例采样后统一转换为特定阈值范围的交流信号，再经所述带通滤波电路单元进行滤除杂波并输出无杂波的交流信号至电压电流测量模块；所述电压电流测量模块包括有源整流电路单元、放大电路单元以及方波变换电路单元，所述有源整流电路单元和方波变换电路单元均与带通滤波电路单元连接，所述放大电路单元分别与有源整流电路单元和微处理器模块连接，所述方波变换电路单元分别与逻辑模块和微处理器模块连接，所述有源整流电路单元接收无杂波的交流信号后整流变换为与所述无杂波的交流信号成正比的直流信号，再经过放大电路单元线性调节放大后调整为特定阈值范围的直流信号，并作为满足所述微处理器模块的a/d转换采样接口要求的系统脉冲信号，输出至所述微处理器模块，所述方波变换电路单元接收无杂波的交流信号后转换成方波并作为系统方波信号输出至所述逻辑模块和微处理器模块；
6、所述逻辑模块包括cpld，用于接收所述测量模块中的方波变换电路单元输出的系统方波信号并计算所述系统方波信号中电压与电流信号的相位差，再将所述相位差的数据传输至所述微处理器模块；
7、所述微处理器模块包括电站控制器中的微处理器，所述微处理器通过a/d转换采样接口接收所述测量模块中的放大电路单元输出的所述系统脉冲信号，通过高速输入口接收所述测量模块中的方波变换电路单元输出的系统方波信号并计算所述系统方波信号中电压的频率，同时接收所述逻辑模块输出的电压与电流信号的相位差，并基于所述系统脉冲信号、所述系统方波信号中电压的频率以及所述相位差来计算船舶电站的功率因数进而计算船舶电站的待求功率。
8、优选地，所述测量模块中，所述船舶电站的电压、电流是指电网以及发电机的电压和电流。
9、优选地，所述测量模块中，所述电网以及发电机的电压信号经缩小采样电路单元进行缩小比例采样后转换为0～2v的交流电压信号，再经带通滤波电路单元进行滤除杂波并输出无杂波的交流信号分为两路至电压电流测量模块，一路输入至方波变换电路单元采用比较电路输出相应的系统方波信号，另一路输入至有源整流电路单元整流变换再经放大电路单元线性调节放大后得到相应的0～5v信号作为系统脉冲信号。
10、优选地，所述测量模块中，所述电网以及发电机的0～20ma的电流信号经缩小采样电路单元通过100欧电阻采样后转换为0～2v的交流电压信号，再经带通滤波电路单元进行滤除杂波并输出无杂波的交流信号分为两路至电压电流测量模块，一路输入至方波变换电路单元采用比较电路输出相应的系统方波信号，另一路输入至有源整流电路单元整流变换再经放大电路单元线性调节放大后得到相应的0～5v信号作为系统脉冲信号。
11、优选地，所述测量模块中的电压电流测量模块还包括功率计算单元，所述功率计算单元分别与放大电路单元和微处理器模块连接，用于计算所述发电机的有功功率。
12、优选地，所述逻辑模块的cpld采用epm7128stc芯片，输入引脚中，i29为合闸输入，i30为分闸输入，i33为自动提示信号，i5为岸电输入，i22为脱扣输入，i74为首机输入；输出引脚中，o52为合闸输出，o51为分闸输出，o50为加速输出，o49为减速输出，o48为卸载输出，o46为逆功输出，在工作时通过cpld中的逻辑关系组合后输出。
13、优选地，所述逻辑模块的cpld以合闸相位检测与控制的方式工作，发电机电压信号及电网电压信号输入到cpld中进行相位检测，两者的异或波形反映了脉动电压的正弦包络线，脉冲宽度的变化为两电压相位差的变化；在cpld中先进行异或运算，然后通过编程用合成波形的上升沿去形成一系列的触发脉冲信号，当触发脉冲信号的低电平宽度大于异或合成波形高电平脉宽时发出合闸信号。
14、优选地，所述逻辑模块还包括光耦隔离电路，所述光耦隔离电路与cpld相连，用于对输入/输出信号进行抗干扰隔离处理，并消除各种谐波干扰；
15、和/或，所述逻辑模块还从总线上取得地址、数据以及控制信号以实现对船舶电站的逻辑控制。
16、优选地，所述微处理器模块中电站控制器中的微处理器为单片机；所述单片机计算所述系统方波信号中电压的频率的方法为检测所述系统方波信号跳变沿计算其间隔时间从而计算出输入电压的方波频率。
17、优选地，所述微处理器计算船舶电站的待求功率的方法为将所述相位差的计数值乘以所述系统方波信号中电压的频率的计数值再乘以一个固定的常数2π得到相位角的弧度值，再利用余弦函数的幂级数展开式得到相位角的余弦值，即为功率因数，将功率因数、电压、电流的幅值相乘就可以得出所述船舶电站的待求功率。
18、本专利技术的有益效果为：
19、本专利技术提出一种船舶电站功率的测量装置，是一种船舶机舱中频电站自动控制设备的配套装置，该装置包括测量模块、逻辑模块、微处理器模块和电源模块。通过测量模块来对输入的电压、电流进行处理使其成为满足条件的系统方波信号以及系统脉冲信号，将系统输入信号本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种船舶电站功率的测量装置，其特征在于，包括电源模块以及均与电源模块相连并依次连接的测量模块、逻辑模块和微处理器模块，所述测量模块还与微处理器模块连接；
2.根据权利要求1所述的船舶电站功率的测量装置，其特征在于，所述测量模块中，所述船舶电站的电压、电流是指电网以及发电机的电压和电流。
3.根据权利要求2所述的船舶电站功率的测量装置，其特征在于，所述测量模块中，所述电网以及发电机的电压信号经缩小采样电路单元进行缩小比例采样后转换为0～2V的交流电压信号，再经带通滤波电路单元进行滤除杂波并输出无杂波的交流信号分为两路至电压电流测量模块，一路输入至方波变换电路单元采用比较电路输出相应的系统方波信号，另一路输入至有源整流电路单元整流变换再经放大电路单元线性调节放大后得到相应的0～5V信号作为系统脉冲信号。
4.根据权利要求3所述的船舶电站功率的测量装置，其特征在于，所述测量模块中，所述电网以及发电机的0～20mA的电流信号经缩小采样电路单元通过100欧电阻采样后转换为0～2V的交流电压信号，再经带通滤波电路单元进行滤除杂波并输出无杂波的交流信号分
5.根据权利要求2至4之一所述的船舶电站功率的测量装置，其特征在于，所述测量模块中的电压电流测量模块还包括功率计算单元，所述功率计算单元分别与放大电路单元和微处理器模块连接，用于计算所述发电机的有功功率。
6.根据权利要求1所述的船舶电站功率的测量装置，其特征在于，所述逻辑模块的CPLD采用EPM7128STC芯片，输入引脚中，I29为合闸输入，I30为分闸输入，I33为自动提示信号，I5为岸电输入，I22为脱扣输入，I74为首机输入；输出引脚中，O52为合闸输出，O51为分闸输出，O50为加速输出，O49为减速输出，O48为卸载输出，O46为逆功输出，在工作时通过CPLD中的逻辑关系组合后输出。
7.根据权利要求1或6所述的船舶电站功率的测量装置，其特征在于，所述逻辑模块的CPLD以合闸相位检测与控制的方式工作，发电机电压信号及电网电压信号输入到CPLD中进行相位检测，两者的异或波形反映了脉动电压的正弦包络线，脉冲宽度的变化为两电压相位差的变化；在CPLD中先进行异或运算，然后通过编程用合成波形的上升沿去形成一系列的触发脉冲信号，当触发脉冲信号的低电平宽度大于异或合成波形高电平脉宽时发出合闸信号。
8.根据权利要求7所述的船舶电站功率的测量装置，其特征在于，所述逻辑模块还包括光耦隔离电路，所述光耦隔离电路与CPLD相连，用于对输入/输出信号进行抗干扰隔离处理，并消除各种谐波干扰；
9.根据权利要求1所述的船舶电站功率的测量装置，其特征在于，所述微处理器模块中电站控制器中的微处理器为单片机；所述单片机计算所述系统方波信号中电压的频率的方法为检测所述系统方波信号跳变沿计算其间隔时间从而计算出输入电压的方波频率。
10.根据权利要求1或9所述的船舶电站功率的测量装置，其特征在于，所述微处理器计算船舶电站的待求功率的方法为将所述相位差的计数值乘以所述系统方波信号中电压的频率的计数值再乘以一个固定的常数2π得到相位角的弧度值，再利用余弦函数的幂级数展开式得到相位角的余弦值，即为功率因数，将功率因数、电压、电流的幅值相乘就可以得出所述船舶电站的待求功率。
...【技术特征摘要】
1.一种船舶电站功率的测量装置，其特征在于，包括电源模块以及均与电源模块相连并依次连接的测量模块、逻辑模块和微处理器模块，所述测量模块还与微处理器模块连接；
2.根据权利要求1所述的船舶电站功率的测量装置，其特征在于，所述测量模块中，所述船舶电站的电压、电流是指电网以及发电机的电压和电流。
3.根据权利要求2所述的船舶电站功率的测量装置，其特征在于，所述测量模块中，所述电网以及发电机的电压信号经缩小采样电路单元进行缩小比例采样后转换为0～2v的交流电压信号，再经带通滤波电路单元进行滤除杂波并输出无杂波的交流信号分为两路至电压电流测量模块，一路输入至方波变换电路单元采用比较电路输出相应的系统方波信号，另一路输入至有源整流电路单元整流变换再经放大电路单元线性调节放大后得到相应的0～5v信号作为系统脉冲信号。
4.根据权利要求3所述的船舶电站功率的测量装置，其特征在于，所述测量模块中，所述电网以及发电机的0～20ma的电流信号经缩小采样电路单元通过100欧电阻采样后转换为0～2v的交流电压信号，再经带通滤波电路单元进行滤除杂波并输出无杂波的交流信号分为两路至电压电流测量模块，一路输入至方波变换电路单元采用比较电路输出相应的系统方波信号，另一路输入至有源整流电路单元整流变换再经放大电路单元线性调节放大后得到相应的0～5v信号作为系统脉冲信号。
5.根据权利要求2至4之一所述的船舶电站功率的测量装置，其特征在于，所述测量模块中的电压电流测量模块还包括功率计算单元，所述功率计算单元分别与放大电路单元和微处理器模块连接，用于计算所述发电机的有功功率。
6.根据权利要求1所述的船舶电站功率的测量装置，其特征在于，所述逻辑模块的cpld采用epm712...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶蓓，龚喜文，
申请(专利权)人：上海船舶运输科学研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。