专利名称：电能质量检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种电压、电流、有功功率、无功功率电能參数的測量装置，尤其是对51次谐波的测量的电能质量检测装置。
背景技术：
电能作为ー种特殊的商品，其质量也逐步受到大家日益的重视。国内研究电能质量问题的专家、学者在不断增多，研制电能质量检测装置的研究所和厂家也在增多。由于国内在电能质量研究上比国外相对较晩，因此，电能质量问题研究的深度和广度远不及国外先进水平；另外，由于电能质量所涉及的指标众多，并且部分指标在IEC、EIEE以及国标上没有相关的具体实现方法的介绍，更没有相关制造标准的颁布，因此，国内众多厂家和科研院所所研制的电能质量检测装置的性能、功能及エ艺与国外先进水平也存在明显的差距。近些年，随着电能质量引起人们的重视，各国相继开发了ー些电能质量检测装置。我国也开发了ー些电カ检测装置和电能质量检测装置，但在功能上、实用化方面均未达到理想效果。还存在一些问题I处理功能较差，可扩展存储空间较小，运算速度较慢，难以运用精确严格的算法进行大量的实时数据处理，不满足电カ检测高实时性的要求。2电カ系统中最常用微处理器包括51系列和96系列等控制型器件，但随着电カ系统对实时性、数据量和计算要求的不断提高，这些器件在计算能力方面已不能很好的适应电カ系统的要求。致使电カ系统的高精度測量、实时性监控和先进算法的运用受到了限制。
发明内容本实用新型的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供ー种包括对电流、电压、有功功率、无功功率测量的电能质量检测仪。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的电能质量检测装置，是由电流传感器依次经程控放大I、电平转换I、滤波I连接双通道A/D，电压传感器依次经程控放大II、电平转换II、滤波II连接双通道A/D，双通道A/D依次经CPLD芯片、单片机分别连接液晶显示、键盘和上位机，CPLD芯片经RAM与单片机连接，电压传感器经过零比较与CPLD芯片连接，CPLD芯片分别与滤波I和程控放大I连接，CPLD芯片分别与程控放大II和滤波II连接构成。有益效果电能质量检测装置设计ー种包括对电流、电压、有功功率、无功功率等的測量、通信和对各种測量量的显示，检测仪基于单片机最小系统、CPLD采集系统和上位机数据处理来实现电能质量检测；大电压的大电流信号分别经过变压器和电流互感器变为可供A/D采集的小信号，再由单片机控制CPLD完成测频、信号调理和数据采集部分，然后利用上位机软件的运算功能进行数据处理，使测量更加精确，尤其是在FFT算法上可更好的对数据进行处理与运算；在測量エ频交流电压、电流信号吋，利用CPLD对信号进行整周期采样，固定采样点数，即采样点数不受エ频信号波动的影响，CPLD另外产生控制脉沖，控制单片机SST对电压、电流信号得相位测量。通过串口将数据向上位机传送，同时也可以液晶显示，将采集数据送至上位机进行处理，上层软件采用VB编程，操作、显示界面友好，解决了现有的电能质量检测装置价格昂贵，功能单一，检测分析质量差的技术难点，采样点数不受工频信号波动的影响，测量更加精确，功能齐全，操作简便，成本低廉。
附图I是电能质量检测装置结构框图。附图2是电能质量检测装置的电流互感器原理图。附图3是电能质量检测装置的电压变压器原理图。附图4是电能质量检测装置的程控放大电路原理图。附图5是电能质量检测装置的电平转移电路原理图。附图6是电能质量检测装置的低通滤波电路原理图。附图7是电能质量检测装置的数据转化电路原理图。附图8是电能质量检测装置的数据处理电路原理图。附图9是电能质量检测装置的单片机系统电路原理图。附图10是电能质量检测装置的整形电路电路原理图附图11是电能质量检测装置的串口通信芯片MAX232接线图附图12是电能质量检测装置的液晶显示电路接线图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细描述电能质量检测装置，是由电流传感器依次经程控放大I、电平转换I、滤波I连接双通道A/D，电压传感器依次经程控放大II、电平转换II、滤波II连接双通道A/D，双通道A/D依次经CPLD芯片、单片机分别连接液晶显示、键盘和上位机，CPLD芯片经RAM与单片机连接，电压传感器经过零比较与CPLD芯片连接，CPLD芯片分别与滤波I和程控放大I连接，CPLD芯片分别与程控放大II和滤波II连接构成。基本原理电能质量检测装置以整周期采样方式进行设计的。一周期内采样点数固定，而采样频率随工频信号频率波动而改变。实现方法如下用CPLD对输入工频信号采用等精度测频法进行计数，设计数值为N，然后CPLD产生以N/200个标准时钟为周期的周期信号来控制ADC的启动，如此，相当于以工频信号频率的200倍的频率进行采样，并且一周期内采样点数固定为200。采用改方案进行DFT、FFT变换时，对采样信号进行周期延拓，减小了泄漏，可将原信号更精确的恢复。通过附图2的电流互感器将市电电网的电流量转变成可用电压信号，并经过附图4程控放大器放大输出，再经过附图5与附图6对信号进行调理，调理输出后经附图7进行数据转化，再通过附图8对数据进行处理；SST单片机系统如图9对CPLD的控制及存储数据，如附图11串口通信电路成为检测装置与上位机的通信接口 ；用附图12液晶电路完成显不部分。为使输入信号匹配数据采集系统，需将输入信号(电压信号和电流信号)变为峰值为-5V +5V电压信号，具体实现方案如下电压一路，如图3，先将220V电压经220 6. 3变压器变为6. 3V电压信号，再经两个IOKQ电阻分压，可得到合适范围的电压信号。电流一路，如图2，输入电流Ip(-50A +50A)先经过电流互感器衰减1000倍，从3脚输出-50mA +50mA电流，将此电流经过100Q电阻，即可变为-5V +5V电压信号。对电压和电流两路的信号调理电路相同，均采用程控放大电路。以电压一路为例，如图4，将输入信号接到程控放大器PGA204的4脚和5脚，而PGA204的程控管脚15脚和16脚与CPLD相连，由CPLD控制放大倍数(X I、X 10、X 100、X 1000)，然后由PGA204的11脚输出放大后的信号。将输出信号送至电平转移电路，如图5，电平转移电路的作用是将-5V +5V的交流信号转化为0 +5V的直流信号。具体电路描述如下设输入信号为Vi,先经一个20KQ电阻和一个IOKQ电阻分压变为l/3Vi，再经运算放大器0PA227U，由0PA227U的6脚可输出电压值为2.5+l/2Vi的信号，满足要求。再将电平转移电路的输出信号加到低通滤波器LTC1569-7的I脚，如图6，由CPLD控制低通滤波器的截止频率，因此由LTC1569-7的8脚输出的信号可防止高频噪声的干扰。 电压和电路两路信号经信号调理电路后，如图7电压和电流信号分别加加到双通道AD7655的46脚和39脚，AD7655的启动及双通道转换也由CPLD控制(AD7655的5脚)。该AD7655为16位ADC，我们分高、低字节两次输出，而高低字节的转换也由CPLD控制(AD7655的4脚)。如图8，A/D转换输出的16位数字量，分两次，每次八位数据.数据先锁存至CPLD，待CPLD为RAM分配好地址后，再将数据由CPLD存入RAM。这样，CPLD和单片机都与RAM的数据线、地址线和控制端口(CE、WE、0E)有相同的地址.为不互相影响工作时序，CPLD与RAM相连的这些端口在CPLD不工作时都设为高阻态。工作时，如图9单片机先将控制参数(复位、程控放大倍数、低通滤波截止频率、采样点数)经PO和P2 口存入CPLD的寄存器组里，CPLD按照这些控制参数开始工作，并把数据存入RAM中，待采样点数达到后，CPLD给单片机一个中断信号(CPLD56脚与单片机P3. 2相连)，告知单片机采样结束。如图10整形部分采用过零比较电路，将输出的电压信号经IOKQ电阻接至比较器LM393的4脚，则由LM393的12脚可输出同频率的方波信号。方波信号经RC低通滤波后消除高频干扰，将滤波后的信号接到CPLD的69脚进行计数(在此选用等精度测频法进行计数)，并将计数值存入RAM特定地址，等待单片机读取。单片机接受中断信号后，先将测频计数值及A/D转换的数据读出，如图11数据经串口(P3. O、P3. I)送至上位机，上位机对数据进行处理，包括波形显示、频谱分析及有关值的计算。如图12，PO 口连接1602的数据口，P2. 0、P2. 1、P2. 2连接1602的控制端口，在液
晶显示上显示频率。
权利要求1. 一种电能质量检测装置，其特征在于，是由电流传感器依次经程控放大I、电平转换I、滤波I连接双通道A/D，电压传感器依次经程控放大II、电平转换II、滤波II连接双通道A/D，双通道A/D依次经CPLD芯片、单片机分别连接液晶显示、键盘和上位机，CPLD芯片经RAM与单片机连接，电压传感器经过零比较与CPLD芯片连接，CPLD芯片分别与滤波I和程控放大I连接，CPLD芯片分别与程控放大II和滤波II连接构成。
专利摘要本实用新型涉及一种电能质量检测装置。是由电流传感器经程控放大I、电平转换I、滤波I连接双通道A/D，电压传感器经程控放大II、电平转换II、滤波II连接双通道A/D，双通道A/D经CPLD芯片、单片机分别连接液晶显示、键盘和上位机，CPLD芯片经RAM与单片机连接，电压传感器经过零比较与CPLD芯片连接，CPLD芯片分别与滤波I和程控放大I连接，CPLD芯片分别与程控放大II和滤波II连接构成。解决了现有的电能质量检测仪价格昂贵，功能单一，检测分析质量差的技术难点。本实用新型采样点数不受工频信号波动的影响，测量更加精确，功能齐全，操作简便，成本低廉。
文档编号G01R31/00GK202494744SQ20122015750
公开日2012年10月17日 申请日期2012年4月14日 优先权日2012年4月14日
发明者杨浩北, 林昊, 林楠竹, 王春泽, 王松, 许 鹏 申请人:王春泽, 许 鹏