一种谐波分析过滤及电网电压波动监测报警装置的制作方法

本实用新型属于电能质量分析技术领域，具体涉及一种谐波分析过滤及电网电压波动监测报警装置。

背景技术：

目前，随着社会经济的发展以及科学技术的进步，特别是电力电子技术的迅猛发展，各种电力电子装置在发电、输电、配电和用电系统中的应用日益广泛，大量的电力电子装置以及感性负荷接入电网，导致电网中存在大量的高次谐波。与此同时，一些敏感性负载如精密电子设备等的广泛应用，对电能质量的要求也日益增高，在工业现场中，诸如变频器、接触器、接触器式继电器对电压波动、骤降也较为敏感，有效的分析谐波并有针对性的滤除相应谐波以及监测电压波动已经成为一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提出一种谐波分析过滤及电网电压波动监测报警装置。

本实用新型的技术方案是：

一种谐波分析过滤及电网电压波动监测报警装置，连接在电网与负载之间，包括阻波器、耦合电容器、连接滤波器、电流互感器、谐波提取器、电源模块、散热风扇、电压波动监测电路、中央处理器和蜂鸣器报警装置；

所述阻波器的输入端与耦合电容器的输入端与电网相连接，所述耦合电容器的输出端与连接滤波器的输入端相连，所述连接滤波器的输出端连接电流互感器的输入端，所述电流互感器的输出端连接谐波提取器的输入端，所述谐波提取器的输出端连接中央处理器，所述阻波器的输出端分别与负载的输入端、电源模块的输入端以及电压波动监测电路的输入端相连，所述电压波动监测电路的输出端连接至中央处理器，所述电源模块的输出端连接散热风扇，所述中央处理器的输出端与蜂鸣器报警装置相连。

该装置还包括OLED液晶显示屏和数码管显示屏，所述OLED液晶显示屏的输入端和数码管显示屏的输入端分别连接中央处理器的输出端。

所述OLED液晶显示屏通过航空插头与主体电路板中中央处理器分离连接，数码管显示通过排针焊接在主体电路板上。

所述中央处理器通过485通信模块与上位机连接。

所述中央处理器为DSP+FPGA双核处理器。

所述谐波提取器为PIC系列单片机。

所述电流互感器通过PLC数据采集卡与谐波提取器相连。

所述负载为对电压电流变化敏感的线圈类负载。

所述的电压波动监测电路，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一稳压二极管、第二稳压二极管、第三二极管、第四二极管、第一运算放大器、第二运算放大器、第一电容器、第二电容器和第三电容器；

所述第一电阻为限流电阻，第一电阻的输入端与220V正弦波相连，第一电阻的输出端同时连接第二电阻的一端、第三电阻的一端以及第一稳压二极管的阴极，所述第一稳压二极管的阳极接第二稳压二极管的阳极，所述第二稳压二极管的阴极接地，所述第二电阻的另一端分别连接第一运算放大器的负极输入端、第四电阻的一端和第三二极管的阴极，所述第三二极管的阳极连接第四二极管的阴极和第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的正极输入端接地，所述第一运算放大器的负极电源引脚连接一5V电源，所述第一运算放大器的正极电源引脚连接5V电源和第一电容器的一端，所述第一电容器的另一端接地，所述第四电阻的另一端和第四二极管的阳极连接第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端连接第三电阻的另一端、第五电阻的一端和第二运算放大器的负极输入端，所述第五电阻的另一端连接第七电阻的一端和第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的正极输入端接地，所述第二运算放大器的负极电源引脚连接-5V电源，所述第二运算放大器的正极电源引脚连接5V电源和第二电容器的一端，所述第二电容器的另一端接地，所述第七电阻的另一端连接第三电容器的一端并输出至中央处理器，所述第三电容器的另一端接地。

所述电源模块用于将220V正弦波转换成5V直流电供给散热风扇。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提出一种谐波分析过滤及电网电压波动监测报警装置，通过装置内部的阻波器的阻高频通工频的功能将电网中的谐波隔离，输出220V正弦波供给负载，可以有效的减小谐波对负载的损害，并且从根本上提高了线路的电能质量，降低线损，提高了电网的供电可靠性。同时装置内部的耦合电容器起到通高频阻工频的作用，与阻波器分别构成两条支路，能够有效的将高频谐波与工频电流分流。耦合电容器与其后级的连接滤波器构成带通滤波器，只允许相应的谐波通过，并经过电流互感器传输至谐波提取器，谐波提取器为PIC系列单片机，经过程序算法计算，能够精准快速实时的传输至中央处理器。且中央处理器为DSP+FPGA双核处理器，保证数据处理精准快速。装置主体上安装有数码管显示屏显示，接收中央处理器实时传送的信息，显示谐波量最大的谐波次数，供工业现场技术人员参考。同时，装置的显示模块为OLED液晶显示屏，通过航空插头连接线与主体连接，实时动态的显示谐波信号的波形，加大了安装空间的可利用性。同时，装置的电压波动监测电路实时跟踪分析电网电压幅值并输出至中央处理器，当电网电压波动较为严重时，中央处理器会通过OLED液晶显示屏显示，并通过蜂鸣器报警装置报警，同时通过485通信模块传送至远程上位机。极大的缩短了现场技术人员查错维修的时间，能够减小因此而造成的损失。本装置采用主体显示分离结构，具有安装方便、造价很低、检修维护方便的优点，同时装置的OLED液晶显示屏和数码管显示屏显示双重操作模式，更加方便可靠。

附图说明

图1为本实用新型一种实施方式的谐波分析过滤及电网电压波动监测报警装置的结构框图；

图2为本实用新型一种实施方式的电压波动监测电路的电路原理图；

图3为本实用新型一种实施方式的电源模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型具体实施方式加以详细的说明。

一种谐波分析过滤及电网电压波动监测报警装置，连接在电网与负载之间，如图1所示，包括阻波器、耦合电容器、连接滤波器、电流互感器、谐波提取器、电源模块、散热风扇、电压波动监测电路、中央处理器和蜂鸣器报警装置。

本实施方式中，阻波器的输入端与耦合电容器的输入端与电网相连接，耦合电容器的输出端与连接滤波器的输入端相连，连接滤波器的输出端连接电流互感器的输入端，电流互感器的输出端连接谐波提取器的输入端，谐波提取器的输出端连接中央处理器，阻波器的输出端分别与负载的输入端、电源模块的输入端以及电压波动监测电路的输入端相连，电压波动监测电路的输出端连接至中央处理器，电源模块的输出端连接散热风扇，中央处理器的输出端与蜂鸣器报警装置相连。还包括OLED液晶显示屏和数码管显示屏，OLED液晶显示屏的输入端和数码管显示屏的输入端分别连接中央处理器的输出端。

本实施方式中，OLED液晶显示屏通过航空插头与主体电路板中中央处理器分离连接，数码管显示通过排针焊接在主体电路板上，显示谐波次数和电压波动状态。

本实施方式中，中央处理器连接的液晶显示屏和数码管显示屏，通过主体和显示面板双重显示操作，便于直观可靠的分析谐波波形、电压波动情况。

本实施方式中，中央处理器通过485通信模块与上位机连接。

本实施方式中，中央处理器为DSP+FPGA双核处理器。该DSP+FPGA双核处理器处理信息实时高效、可长时间稳定工作。

本实施方式中，中央处理器用于读取谐波提取器提取的谐波分量次数及其比重，对该数据进行处理，得到各谐波分量次数及对应比重，以及其波形，传输至OLED液晶显示屏和数码管显示屏进行显示，同时读取电压波动监测电路采集的实时跟踪分析电网电压幅值，对电网电压波动数值超出阈值时，输出信号至蜂鸣报警器进行报警。

本实施方式中，谐波提取器为PIC系列单片机。

本实施方式中，电流互感器通过PLC数据采集卡与谐波提取器相连，PLC数据采集卡实现模数转换功能。

本实施方式中，负载为对电压电流变化敏感的线圈类负载。如接触器，继电器，变频器，软启动器等。

本实施方式中，电压波动监测电路，如图2所示，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一稳压二极管D1、第二稳压二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一运算放大器U1、第一运算放大器U2、第一电容器C1、第二电容器C2和第三电容器C3。

其中，第二电阻R2与第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第七电阻R7的阻值均相等并且等于第六电阻R6的阻值的一半。

第一电阻R1为限流电阻，第一电阻R1的输入端与220V正弦波相连，第一电阻R1的输出端同时连接第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端以及第一稳压二极管D1的阴极，第一稳压二极管D1的阳极接第二稳压二极管D2的阳极，第二稳压二极管D2的阴极接地，第二电阻R2的另一端分别连接第一运算放大器U1的2引脚、第四电阻R4的一端和第三二极管D3的阴极，第三二极管D3的阳极连接第四二极管D4的阴极和第一运算放大器U1的1引脚，第一运算放大器U1的3引脚接地，第一运算放大器U1的4引脚连接-5V电源，第一运算放大器U1的5引脚连接5V电源和第一电容器C1的一端，第一电容器C1的另一端接地，第四电阻R4的另一端和第四二极管D4的阳极连接第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端连接第三电阻R3的另一端、第五电阻R5的一端和第一运算放大器U2的2引脚，第五电阻R5的另一端连接第七电阻R7的一端和第一运算放大器U2的1引脚，第一运算放大器U2的3引脚接地，第一运算放大器U2的4引脚连接-5V电源，第一运算放大器U2的5引脚连接5V电源和第二电容器C2的一端，第二电容器C2的另一端接地，第七电阻R7的另一端连接第三电容器C3的一端并输出至中央处理器，第三电容器C3的另一端接地。

本实施方式中，如图3所示，电源模块用于将220V正弦波转换成5V直流电供给散热风扇，散热性能好。电源模块的型号为LH05-10B05，其中引脚L接220V正弦波电压正极，引脚N接交流地；引脚Vout接第五稳压二极管的阴极，作为输出；引脚GND接第五稳压二极管的阳极接直流地；交流地和直流地之间接470pF小容量电容器。

上述谐波分析过滤及电网电压波动监测报警装置的工作原理如下：

该装置可以对电网中的谐波进行分析过滤，改善电能质量，将质量良好的220V正弦波供给负载，同时实时监测电压波动状态，并通过中央处理器反馈给OLED液晶显示屏和数码管显示屏和上位机，通过阻波器的阻高频通工频的功能将电网中的谐波隔离过滤，输出220V正弦波供给负载，可以有效的减小谐波对负载的损害，同时耦合电容器起到通高频阻工频的作用，与阻波器分别构成两条支路，能够有效的将高频谐波与工频电流分流。耦合电容器与其后级的连接滤波器构成带通滤波器，只允许相应的谐波通过，并经过电流互感器传输至谐波提取器，谐波提取器提取的谐波分量的次数为2～50次，谐波提取器经提取的谐波分量次数及其比重能够精准快速实时的传输至中央处理器。且中央处理器为DSP+FPGA双核处理器，保证数据处理精准快速。装置主体上安装有数码管显示屏显示，接收中央处理器实时传送的信息，显示谐波量最大的谐波次数，供工业现场技术人员参考。同时，装置的显示模块为OLED液晶显示屏，通过航空插头连接线与主体连接，实时动态的显示谐波信号的波形。同时，电压波动监测电路实时跟踪分析电网电压幅值并输出至中央处理器，当电网电压波动较为严重时，中央处理器会通过OLED液晶显示屏显示，并通过蜂鸣器报警装置报警，同时通过485通信模块传送至远程上位机。极大的缩短了现场技术人员查错维修的时间，能够减小因此而造成的损失。