电力系统变压变频谐波频率表的制作方法
【专利摘要】一种测量电网电压波型参数与频率的仪表：全称为电力系统变压变频谐波频率表，简称谐波频率表/哈夫表。其表盒盘面有电源开关、信号选择、幅值调节、双键输入和数码显示等。盒内装有电路板，由周期脉冲形成单元、滤波单极化单元、调幅单元、计算机系统、双按键和数码显示器等组成。通过调幅、基频分频段多路/多信道处理、多路采样信号分别进行高阶低通滤波，被测电压的幅值和频率允许大范围变化，变比超过7。仪表测量谐波次数可达99次。精度1级及以上。操作简单，节能环保。
【专利说明】电力系统变压变频谐波频率表
一、【技术领域】
[0001]本实用新型的全称为电力系统变压变频谐波频率表。简称谐波频率表(Harmonic&Frequency Meter)和哈夫表(HARF Meter)。本实用新型属于一种电力系统电工测量仪表。特别涉及到电力系统电压幅值和频率大范围变化的电压的波形参数与频率的测量仪表。
[0002]这里频率指的是被测电压的基波频率。波形参数包括波形畸变即谐波总量和各谐波次数及其谐波量。
二、【背景技术】
[0003]现有数字式频率表、谐波表以及集成式仪表仅限于电压幅值和频率为额定值附近的条件下进行，且测量的谐波次数未能超过50次。在电力电子变频技术日益发展与应用情况下，不能满足要求。
三、
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的就是要扩大仪表测量范围。被测电压的幅值和频率的允许变化范围即幅值高、低值之比和频率高、低值之比均超过7。谐波次数测量范围为2?99次。除电压直接输入端，还有测试信号/其它电压、电流变换后的0.5V?5V的信号电压输入端供选择。
[0005]本实用新型采用如下技术方案以达到所述目的，参见附图1和
[0006]图2:
[0007]1、在计算机系统采样前对采样的被测信号电压进行电压幅度/峰值调节；采样电压不超过参考电压，也不低于85 %的参考电压。信号电压按基频分频段多路/多信道处理，扩大频率范围。分频段产生多路准确可靠的周期脉冲。被测信号电压在采样前分频段进行模拟高阶低通滤波，滤波后的多路信号电压分别通过单极化后进入计算机入口进行采样。
[0008]2、在盒体内装着电路板组合体。盒体表面元件有8位数码显示器，电源按钮开关，有按自动测量与显示的操作顺次由左到右放置的被测电网电压与信号电压选择开关.、幅值电位器调节旋钮及双色指示灯和双输入按键及录色指示灯，还有复位按钮。盒体的背面有接线座，包括仪表电源输入、被测电网电压输入和外接0.5V?5V信号电压输入。
[0009]3、电路板组合体由三块电路板组成Π字型组件。仪表电路由电压传感器单元、信号电压选择单元、周期脉冲形成单元、滤波单极化单元、调幅单元、计算机系统/单片机、双键输入和显示单元组成。参照附图2，被测电网电压从I和2端进到电压传感器，变换为可测的0.5V?5V信号电压后从3端进到信号电压选择开关的I端；外接0.5V?5V信号电压直接进到信号电压选择开关的2端；被选信号电压从3端输出到调幅电位器的I端经调幅后从2端输出，一面进入周期脉冲形成单元的I端，形成的周期脉冲从2端输出到计算机系统的I端；一面进入信号滤波与单极化单元的I端，滤波处理后的信号电压，一方面单极化后从2端进入计算机系统单元的2端进行采样；另一方面从3端输出后进入信号幅值调节单元的I端，与2端的幅值调节参考电压比较，产生驱动电压从3端和4端输出到信号幅值调节电位器指示灯的4和5端，使指示灯按要求显示。从双键I端输出指令到计算机系统4端。计算机系统按照指令进行采样和计算处理，结果从3端输出到显示器的I端，显示测量结果。
[0010]4、仪表操作有自动测量与显示和查看各单项结果与存储主要结果两种。自动测量与显示的操作顺序为:选择被测量、调节信幅、然后双击左键。查看各单项结果与存储主要结果的操作顺序为:双击右键、输入单项代码、然后双击右键。输入代码时，左键为位转换键。右键为数字增量输入键。操作简单易记人性化。
[0011]双击左键，哈夫表便开始进行自动测量和显示。显示时首先显示主要结果:顺序为频率、谐波总量、最大的三个奇次谐波数及其谐波量和最大的三个偶次谐波数及其谐波量。再按谐波次数由小到大的顺序逐个显示各谐波的谐波次数及谐波量。直到谐波次数为99显示完，结束显示回到节电等待状态。单击或按下右键可加速显示的转换。按复位键即可停止显示回到节电等待状态。LED数码显示高亮、人性化。
[0012]5、电力系统电压谐波频率表的盒体以双卡嵌入式固定在电气柜面板上。对于已有频率表的电气柜，谐波频率表取代原频率表位置放置即可，不必改变其它结构。哈夫表立放，即可作台式表使用。表外廓尺寸约100mm*100mm*110mm。
四、【专利附图】
【附图说明】
[0013]1、附图1为哈夫表盒体表面元件布置图。
[0014]元件有8位数码显示器，电源按钮开关，按操作顺次由左到右放置的被测电网电压与信号电压选择开关.、幅值电位器调节旋钮及双色指示灯、双输入按键及录色指示灯。左键为自动测量与显示键、右键为单项查询与存取键。还有复位按钮。
[0015]2、附图2为哈夫表的电路原理图。
[0016]由信号电压选择单元、周期脉冲形成单元、滤波单极化单元、调幅单元、计算机系统/单片机、双键输入和显示单元组成。
五、【具体实施方式】
[0017]1、图1的电源按钮开关用于在仪表测量后关闭电源。
[0018]信号电压选择开关可扩大被测量的使用范围。
[0019]调幅旋钮对采样的被测信号电压进行电压幅度/峰值调节。调节信号电压于最佳值域，并有灯光指示。
[0020]双键输入及指示。左键为自动测量与显示键，简称测显键。右键为单项结果查询显示和主要检测结果进行存储，简称查存键。
[0021]现用8位高亮度LED数码管显示。
[0022]任何时候按下复位键，哈夫表都将回到原点。五秒后进入节电模式，这时只显示一个动态的点。复位操作不影响在单片机存储器中的当前的检测结果。
[0023]盒体的背面有接线座，包括仪表电源输入、被测电网电压输入和外接0.5V?5V信号电压输入。
[0024]2、按照图2电路，经电阻分压式电压传感器，被测电网电压变换为可测的0.5V?5V信号电压后进到信号电压选择开关。
[0025]外接0.5V?5V信号电压直接进到信号电压选择开关。
[0026]被选信号电压调幅后，一面进入周期脉冲形成单元，形成的周期脉冲输出到计算机系统；一面进入信号滤波与单极化单元。滤波处理后的信号电压，一方面经单极化后进入计算机系统单元进行采样，另一方面进入信号幅值调节单元，与幅值调节参考电压比较，产生驱动电压从3端和4端加到信号幅值调节电位器和指示灯的4和5端，使指示灯按要求指示。
[0027]计算机系统/单片机要满足速度和内存要求。有满足多种测控功能、程序自检功能、节电功能等等的独立完整软件。有双键输入及指示进行操作。用8位高亮度LED数码器显示测量结果。
[0028]3、本实用新型哈夫表系列有两种型号:一为额定型(HFP_N)，被测电压的幅值与频率为工频的±10%;—为变频型(HFP_X)。有两种规格:分别是额定频率为50Hz和60Hz。以工频为50Hz的变频型(HPF_22X5)为例，被测电压频率允许变化范围为7Hz?51Hz，电压幅值允许变化范围为30V?250V。
[0029]对全部型号规格，谐波次数测量范围为2?99次。频率的测量精度为I级。谐波总量的测量精度为I级。谐波值精度:2?49次为0.5级，50?99次为I级。谐波值量程为0.1?200%。本实用新型考虑节能环保和人性化设计要求。
[0030]4、下面结合附图，并以HFP_22X5型哈夫表为例对本发明做进一步阐述。HFP_22X5分两频段两路信道进行处理。采用切比雪夫滤波器和PIC18F25单片机。
[0031]被测电压经电阻分压电压传感器变换成可测信号电压输出到选择开关的I端。0.5V?5V信号电压直接进到选择开关的2端。被选信号电压加到幅值电位器的I端。调节盒面上的调节旋钮，改变电位器的输出电压大小，使双色指示灯变绿。这时2端输出的信号电压即在合适范围内。调好的信号电压一面进入周期脉冲形成单元的I端，一面进入信号滤波与单极化单元的I端。进入周期脉冲形成单元后，分两路分别进行滤波处理，然后经过比较器产生周期脉冲。周期脉冲从2端输出进到计算机系统的I端。
[0032]进入信号滤波与单极化单元的信号电压分两路首先进行高阶低通滤波器滤波。两路滤波后的信号电压一方面从3端输出到信号幅值调节单元的I端，另一方面分别经单极化处理后，从2端输出到计算机系统单元的2端。进入信号幅值调节单元的I端的两路滤波信号变成各信号的绝对值的包络，再与2端的幅值参考电压进行比较，比较结果产生驱动电压从3端和4端加到信号幅值调节电位器和指示灯的4和5端，使指示灯按要求显示。
[0033]计算机系统/单片机单元的入口 I端输入周期脉冲。2端输入采样信号电压。4端输入按键指令。3端为与显示器可编程驱动器的通讯接口，输出显示与控制信息。计算机系统/单片计算机.能准确快速采集信号电压数据和进行计算处理，以得到测量结果。
[0034]5、仪表橾作非常简单:按下哈夫表电源开关，接通仪表电源，计算机系统启动和运行系统软件。5秒后进入节能等待状态。此时显示器只随机地显示一个动态的点。两种基本操作如下:
[0035]①测量与显示:选择被测量-调节信幅-双击左键。
[0036]选择被测量后，调节信号电压幅值调节旋钮，使指示灯为绿色。然后双击左键即测显键，哈夫表便开始进行自动测量和显示。测量结果存于单片机的随机存储器中。结果显示时首先显示主要结果:顺序为频率、谐波总量、最大的三个奇次谐波数及其谐波量和最大的三个偶次谐波数及其谐波量。再按谐波次数由小到大的顺序逐个显示各谐波的谐波次数及谐波量。直到谐波次数为99显示完，回到节电等待状态。每项显示6到10秒。单击或按下右键可加速显示的转换。
[0037]②查询与存取:双击右键-输入代码-双击右键。
[0038]双击右键即查存键可查看单片机随机存储器中的当前的测量结果。可将当前的测量结果中的主要结果存于非易失性存储器中，亦可查看已存于其中的结果。在查看时，需输入两位单项代码。输入代码时，左键为位转换键。右键为数字增量输入键。输入代码后，双击右键即可显示结果。
【权利要求】
1.本实用新型的全称为电力系统变压变频谐波频率表，一种用于测量电力系统电压的波形参数与频率的电工测量仪表，现有谐波参数与频率的测量仪表仅限于电压幅值和频率为额定值附近的条件下进行，测量谐波次数未能超过50次，本测量仪表则允许被测电压的幅值与频率大范围变化，且测量谐波次数达到99次，其特征在于:在盒体内装着电路板组合体:电路板组合体包括电压传感器单元、信号幅度调节单元、周期脉冲形成单元、信号滤波与单极化单元、计算机系统单元、双按键输入和显示单元；通过调幅使采样电压的峰值不超过参考电压、也不低于参考电压的85%，通过基频分频段多路处理产生多路周期脉冲和多路分别经高阶低通滤波的采样电压；被测电压的幅值与频率的允许变化范围，即幅值高低值之比和频率高低值之比均超过7、谐波次数的测量范围为2?99次；有电网电压和0.5V?5V信号电压两个被测量输入端。
2.按照权利要求1所说的电力系统变压变频谐波频率表，其特征在于:盒体面板上有电源开关、信号电压选择开关、信号幅值调节与指示灯、输入双按键与指示灯和测量结果数码显示器；按自动测量与显示的操作顺次由左到右放置信号电压选择开关.、信号幅值调节电位器和输入双按键；用双按键进行自动测量显示、将测量结果存于非易失性存储器中和查看测量结果的操作。
【文档编号】G01R23/02GK204116455SQ201420062249
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年2月8日 优先权日:2014年2月8日
【发明者】邓熙民 申请人:邓熙民