用于舰船机舱中频电站自动控制设备的功率测量装置制造方法
【专利摘要】一种用于舰船机舱中频电站自动控制设备的功率测量装置，包括电压互感器、电流互感器、两个缩小采样单元、两个带通滤波单元、两个整流单元、两个线性调节放大单元、两个方波变换单元、单片机以及CPLD芯片，电压互感器依次经缩小采样单元、带通滤波单元、整流单元以及一光电隔离单元与线性调节放大单元连接，带通滤波单元经一方波变换单元以及一光电隔离单元与CPLD芯片以及单片机连接，电流互感器依次经缩小采样单元、带通滤波单元、整流单元以及一光电隔离单元与线性调节放大单元连接，带通滤波单元经一方波变换单元以及一光电隔离单元与CPLD芯片连接，CPLD芯片与单片机连接。本实用新型结构简单，制造方便，提高了数据精度。
【专利说明】 用于舰船机舱中频电站自动控制设备的功率测量装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及功率测量技术，尤其涉及一种用于舰船机舱中频电站自动控制设备的功率测量装置。
【背景技术】
[0002]对功率的准确测量是实现各种电力系统自动化所必须面对的问题，舰船机舱中频电站自动控制设备同样需要面对该问题。
[0003]由于中频400Hz信号频率是工频50Hz的8倍，相同的相位差400Hz时的脉宽是50Hz时的1/8，对数字信号的分辨和逻辑运算提出了更高要求。传统测量是通过有功功率变换器来完成，其做法是假定电压不变，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，这种方法无法摆脱测量对象电压无波动的限制，适用范围小，测量数据精度不高，无法满足中频自动控制设备的需求。
【发明内容】
[0004]基于此，针对上述技术问题，提供一种用于舰船机舱中频电站自动控制设备的功率测量装置。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:
[0006]一种用于舰船机舱中频电站自动控制设备的功率测量装置，包括电压互感器、电流互感器、两个缩小采样单元、两个带通滤波单元、两个整流单元、两个线性调节放大单元、两个方波变换单元、单片机以及CPLD芯片，所述电压互感器依次经缩小采样单元、带通滤波单元、整流单元以及一光电隔离单元与线性调节放大单元连接，该带通滤波单元经一方波变换单元以及一光电隔离单元与所述CPLD芯片以及单片机连接，所述电流互感器依次经缩小采样单元、带通滤波单元、整流单元以及一光电隔离单元与线性调节放大单元连接，该带通滤波单元经一方波变换单元以及一光电隔离单元与所述CPLD芯片连接，所述CPLD芯片与所述单片机连接。
[0007]所述CPLD芯片外接5MHz的外部晶振。
[0008]所述单片机为INTEL公司的16位80C196KC单片机。
[0009]所述CPLD 芯片为 Altera 公司的 EPM7192SQI160-10 芯片。
[0010]所述光电隔离单元为ISQ74芯片。
[0011]本实用新型结构简单，制造方便，基于单片机和CPLD芯片来进行功率测量，可以摆脱测量对象电压无波动的限制，使其适用领域更广阔，并可以在测量过程中得到测量对象的相位角和功率因数，便于对被测数据进行处理，提高了数据精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]下面结合附图和【具体实施方式】本实用新型进行详细说明:
[0013]图1为本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]如图1所示，一种用于舰船机舱中频电站自动控制设备的功率测量装置，包括电压互感器11、电流互感器12、两个缩小采样单元13、两个带通滤波单元14、两个整流单元
15、两个线性调节放大单元16、两个方波变换单元17、单片机18以及CPLD芯片19。
[0015]电压互感器11、电流互感器12分别用于检测测量对象的电压以及电流信号。
[0016]电压互感器11依次经缩小采样单元13、带通滤波单元14、整流单元15以及一光电隔离单元199与线性调节放大单元16连接，该带通滤波单元15经一方波变换单元17以及一光电隔离单元199与CPLD芯片19以及单片机18连接。
[0017]电流互感器11依次经缩小采样单元13、带通滤波单元14、整流单元15以及一光电隔离单元199与线性调节放大单元16连接，该带通滤波单元15经一方波变换单元17以及一光电隔离单元199与CPLD芯片19连接。
[0018]CPLD芯片19与单片机18连接。
[0019]CPLD芯片19接入5MHz的外部晶振，作为计数的基准，在CPLD内部对相位差波形单个周期内的高电平持续时间进行计数，并用相位差波形作为控制寄存器起停的控制信号，当计数器停止时对计数结果进行锁存并将计数器清零，计数结果提供给单片机18读取。
[0020]其中，单片机18为INTEL公司的16位80C196KC单片机，CPLD芯片19为Altera公司的EPM7192SQI160-10芯片，速度快，基于EEPROM器件组合的传输延迟只有5ns，计数器频率可达192.3MHz，并且提供了多系统时钟，功能强大，可在线编程，其数据传输时间、数字信号分辨和逻辑运算时间都是纳秒级的响应，完全满足了 400Hz的脉冲分辨、计算要求；光电隔离单元199为ISQ74芯片。
[0021]电压互感器11、电流互感器12分别从测量对象得到其电压以及电流信号，通过缩小采样单元13采样后统一转换为0-5V的交流电压，再经过带通滤波单元14后变换为没有杂波的交流信号，该信号经过整流单元15变换为与上述交流信号成正比的直流信号，再经线性调节放大单元16调整为0-5V的直流电压，送入单片机18中，从而由单片机18计算电压幅值以及电流幅值。
[0022]同时，上述交流电压经方波变换单元17转换为对应的方波输出给CPLD芯片19，来计算测量对象的电压与电流的相位差的计数值，CPLD用来计数的晶振是5MHz，将相位差的计数值去除以当前测量对象周期的计数值再乘以一个固定的常数2π就是相位角的弧度值，并将该弧度值发送给单片机18。
[0023]其中，上述方波送入单片机18的高速输入口，通过检测其跳变间隔时间来计算输入电压的频率。
[0024]单片机18得到CPLD芯片19计算的弧度值后，再结合自身计算的频率可计算出功率因数角的弧度值，进而计算出测量对象的功率因数，测量数据精度高，满足中频自动控制设备的需求。
[0025]本实用新型基于单片机18和CPLD芯片19来进行功率测量，可以摆脱测量对象电压无波动的限制，使其适用领域更广阔，并可以在测量过程中得到测量对象的相位角和功率因数，便于对被测数据进行处理，提高数据精度。
[0026]但是，本【技术领域】中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。
【权利要求】
1.一种用于舰船机舱中频电站自动控制设备的功率测量装置，其特征在于，包括电压互感器、电流互感器、两个缩小采样单元、两个带通滤波单元、两个整流单元、两个线性调节放大单元、两个方波变换单元、单片机以及CPLD芯片，所述电压互感器依次经缩小采样单元、带通滤波单元、整流单元以及一光电隔离单元与线性调节放大单元连接，该带通滤波单元经一方波变换单元以及一光电隔离单元与所述CPLD芯片以及单片机连接，所述电流互感器依次经缩小采样单元、带通滤波单元、整流单元以及一光电隔离单元与线性调节放大单元连接，该带通滤波单元经一方波变换单元以及一光电隔离单元与所述CPLD芯片连接，所述CPLD芯片与所述单片机连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于舰船机舱中频电站自动控制设备的功率测量装置，其特征在于，所述CPLD芯片外接5MHz的外部晶振。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于舰船机舱中频电站自动控制设备的功率测量装置，其特征在于，所述单片机为INTEL公司的16位80C196KC单片机。
4.根据权利要求3所述的一种用于舰船机舱中频电站自动控制设备的功率测量装置，其特征在于,所述CPLD芯片为Altera公司的EPM7192SQI160-10芯片。
5.根据权利要求4所述的一种用于舰船机舱中频电站自动控制设备的功率测量装置，其特征在于，所述光电隔离单元为ISQ74芯片。
【文档编号】G01R25/00GK203965515SQ201420434155
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】叶蓓, 高龙翔, 王晓东 申请人:上海船舶运输科学研究所