电能质量参数采集单元硬件设计
2MW电能质量模块配置指导书
2MW电能质量模块程序下装
1．硬件连接
电能质量模块的接线盒两端分别连接电能质量模块网口和调试用电脑的USB口2. 模块参数设置
安装woodward软件，打开软件toolkit,并添加*.wtool和*.sid文件,
Step1.打开woodword软件。
Step2.选择open tool添加wtool配置文件。
文件路径C:\Program Files\Woodward\ToolKit\Applications\8444-1082。
文件名称8444-1082-NEW_us_5418-3770-NEW.wtool.
Step3.添加sid文件，在弹出sid对话框中指定位置选择文件添加。
文件路径C:\Program Files\Woodward\ToolKit\Applications\8444-1082。
文件名称5418-3770-NEW.sid。
Step4.
Step5.串口连接
Step6.选择串口
注意WinXP系统下，不要选择”COM1”口，Win7系统下，不要选择”COM3“口
Step7.密码输入
登陆后出现如下界面
Step 8:加载配置文件，选择* .wset的配置文件
重启后即可。
基于ARM9的电能质量监测系统设计
（） ３数据 通 信 传 输部 分 。包 括 下 位 机 内部 数 据
量检测为电力调度提供 了重要参考。监测 、 分析 电
力系统 中 电能受 污染 的程度 是改 善 电力 系统 电能 质
要功能 ， 实现就地采样 、Ｃ 显示 、 ＬＤ 数据储存和数据
作者简介： 王学成（９３ ， ， １ 一）男 宁夏吴忠人 ， ７ 银南供电局保护 自动化所工程师 ， 从事继电保护及 自动化专业维护及安装方面的工作。
维普资讯
第２ ９卷 第 １ 期 １
王 学成 ： 于 Ａ Ｍ９的 电能质 量监 测 系统设计 基 Ｒ
Ｏቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ引 言
随着社会 的进 步和 发 展 ， 电能 质 量 问题 已经 成
１ 电能质 量 监 测 系统 的构 成
电能 质量监 测系统 ＿主要 由电能质 量 监测 的下 ２ Ｊ
上位 机部分及 应用软 件系统 组成 。 为当今 电 力学 科 领 域 内 的重 大课 题 。一 方 面 ， 随着 位 机部分 、 ． 非 线性 负 荷 的不 断增 加 ， 造成 电能 质 量 问题 的各 种 １ １ 下位机 系统的构 成
摘
７１０ ） ５１０
要 ： 于 目前 电力 系统 中 电能 质 量 现 状设 计 了一 种 基 于嵌 入 式 的 电 能质 量 监 测 系统 ， 件 上 采 用 ３ 位 基 硬 ２
Ａ Ｍ９芯片 Ａ ９Ｒ ９０ ， Ｒ Ｔ １ Ｍ ２０ 结合 Ｌ ｕ ｉ ｘ嵌入式 系统 ， ｎ 实现 了电网电量参数的数据 采集、 处理与上传 。结合上位
量 的基 础工作 … １。
电能质量控制装置
电能质量控制装置随着科技的发展和社会的进步，电能已经成为我们日常生活中不可或缺的能源。
然而，由于各种原因，电能的质量往往会受到影响，这不仅会影响到我们的日常生活，还会对各种电气设备造成损害。
因此，我们需要一种能够控制电能质量的装置——电能质量控制装置。
电能质量控制装置是一种能够通过调整电力系统的电压、电流等参数，以保证电能质量的装置。
它通常由电源模块、控制模块、检测模块等组成。
其中，电源模块负责提供电能；控制模块根据检测模块检测到的电能质量情况，通过调整电源模块的输出参数，以保证电能质量；检测模块则负责检测电能的质量。
电能质量控制装置具有多种功能，其中最重要的功能是调整电源模块的输出参数以保证电能质量。
当检测模块检测到电能质量出现问题时，控制模块会立即调整电源模块的输出参数，以保证电能的稳定性和可靠性。
此外，电能质量控制装置还可以通过实时监测电能的各项参数，如电压、电流、频率等，以及通过记录和显示这些参数的变化情况，帮助我们更好地了解电能的质量情况。
电能质量控制装置的应用非常广泛，它可以用于各种需要高质量电能的领域，如工业、科研、医疗等。
在工业领域，电能质量控制装置可以保证生产设备的稳定运行，提高生产效率；在科研领域，电能质量控制装置可以提供高质量的电能，保证实验结果的准确性；在医疗领域，电能质量控制装置可以保证医疗设备的正常运行，避免因电能质量问题而对病人造成伤害。
总之，电能质量控制装置是保证我们日常生活和各种电气设备正常运行的重要设备。
通过使用电能质量控制装置，我们可以有效地控制电能的质量，保证电能的稳定性和可靠性，同时也可以避免因电能质量问题而对我们的生活和设备造成损害。
电能质量控制装置随着科技的发展和社会的进步，电能已经成为我们日常生活中不可或缺的能源。
然而，由于各种原因，电能的质量往往会受到影响，这不仅会影响到我们的日常生活，还会对各种电气设备造成损害。
因此，我们需要一种能够控制电能质量的装置——电能质量控制装置。
基于ARM和ATT7022C的电能质量监测终端的设计
基金项 目：国家 自然科学基金项 目 （ １０ ０ ３ ；南通市科技计划项 目 （ Ａ２ ０ ０ ４ ６０ ４ ５ ） Ａ ０８３） 作者简介：束慧 （９ ９ １６ 一），女 ，江苏南通人 ，副教授 ，工学硕士 ，主要从事智能控制研 究工作 。
【 ４ 第３ 卷 ３】 ４ 第８ 期 ２１— （ ） ０２ ８上
信 模 块 、 无 功 补 偿 和 谐 波 治 理 等 控 制 电路 组 成 。
由于 篇 幅 原 因 ，关 于 无 功 补偿 和谐 波 治理 控 制 电 路请 参考 相关 文献 ，在 此不再 赘述 。
收 稿 日捆 ：２ １－１－ ８ ０ １ ２ ０
和． Ｐ ２个 ＷＭ 定 时 器 以 及 单 周 期 乘 法 和硬 件 除 法
ＶＩ 引 脚 为 Ｖ１厂，Ｎ Ｖ３ ／ ３ Ｖ５ ／ ５ Ｎ Ｐ、１ ， ＰＶ Ｎ， Ｐ Ｖ Ｎ， 三 路 电压 输 入 ＶＵ 厂 Ｕ 引脚 为 Ｖ２ ／ Ｎ、Ｖ ＰＶ Ｎ、 Ｉ，Ｎ 、 ＰＶ２ ４／４
１ 数据存储 电路 ． ４
本 系统 采 用 铁 电 存 储 器 Ｆ ４ Ｌ ４实 时 保 存 Ｍ２ Ｃ ６ 设 置 的参 数 以及 现 场 采 集 到 的 各 实 时 数 据 ，如 对
Ｓ ＴＭ ３ Ｆｌ ３ ２ ０ ＶＥ６
图 ４ Ｆ ４ Ｌ ４ 口 Ｍ２ Ｃ ６ 接
１５ 通 信 接 口 ．
为 了与 其 他 终 端 进 行 实 时 通 讯 ， 以便 统 一 管 理 和 控 制 ，为 此 ，采 用 Ｓ Ｍ３ Ｆ ０ ＶＥ Ｔ ２ １ ３ ６的 Ｕ Ｔ ＡＲ
图 ２ 电流 电 压 采 样输 入 电 路
ＡＤ ＵＭ ５ ０１ ４
图 ５所示 。
３３ － Ｖ
Ｌ １
电能质量实时监测系统设计
据及时与 Ａ Ｒ Ｍ处理器通信。考虑到系统对计算速度和
计算 量 的要 求 ， 选用美 国 １ ｆ Ｉ 公司 ３ ２位 定 点 Ｄ Ｓ Ｐ芯 片 Ｔ ＭＳ ３ ２ ０ Ｆ ２ ８ １ ２ 作 为系统 的 主控制 器 。它既 具 有 数字 信 号
处理能力又具有强大 的事件管理能力 和嵌 入式控制能 力 。特别 适用 于大 量数 据 处 理 的 钡 ０ 控场合 ， 如工 业 自动
生 电磁 干扰 ， 影 响通讯 质量 。电能作 为一种 特殊 商 品 ， 各 个独 立 电能 生产 者在 发 电侧实行 竞争 ， 输 配 电系统 （ 即 电 力公 司 ） 与 发 电分 离独 立经 营 ， 在这样 一个 开放 和竞争 的 运行 环 境 下 ， 电力部 门和用 户 必 然 对 电 能质 量 提 出越 来
的模拟信号转换成数字信号 ， 送人 Ｄ Ｓ Ｐ进行数据处理 ， 处理结果送 给 Ａ Ｒ Ｍ处理器 ， Ａ Ｒ Ｍ处理器负责传输 等工 作， 即Ａ Ｒ Ｍ把 Ｄ Ｓ Ｐ 实时的计算结果送到 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ 无线 网络 实现与上位机相连 ， 将数据上传至上位机 ， 实现在上位机
中对数 据 的分 析管 理 。
Ｗａ ｎ ｇ Ｙｕ ｅ ｑ ｉ ｎ Ｙａ ｎ ｇ Ｘｕ ｅ ｍｅ ｉ
０ 引 言
过电流传感器（ ｃ Ｔ ） ， 三相电压经过电压传感器 （ ｆ ｒ ｒ ） 后 经
信号调 理 ， 由Ａ ／ Ｄ采 样 芯 片 Ａ Ｄ ７ ３ ３ ６ ０进 行 采 样 ， 将 输 入
近年来 随着 我 国 工业 的快 速 发展 ， 电 网规 模 不 断 扩 大， 电力 系统 中引 入 了大量 的非线 性负 荷 （ 如 电力 电子设
备、 大功率整流设备 、 电弧炉等等） ， 这些非线性负荷迅速 增加给电力系统电能质量带来 了严重 的影响。例如， 频 率偏差过大会引起异步电动机转速的改变， 影 响产品的
智能电能计量系统的设计和实现
智能电能计量系统的设计和实现第一章：绪论智能电能计量系统是指通过现代化的电力传感器，自动化的智能控制模块，以及高性能的计算机软硬件系统，对电网中的电能进行自动化计量、采集、处理、汇总和存储的一种电能计量技术。
智能电能计量系统在提高电能计量精度、缩短数据采集时间、提高计量效率、防止人为干扰、减少计量误差、提高电能质量等方面，都有着非常显著的优势，是电力行业不可缺少的计量手段。
本文主要介绍智能电能计量系统的设计和实现，包括系统架构设计、硬件和软件部分设计、测试实验等。
第二章：智能电能计量系统的架构设计智能电能计量系统的架构设计需要考虑以下几个方面：1. 采集电能数据：系统通过各种电力传感器对电网中的电能进行采集，电力传感器可以实现对电压、电流、有功功率、无功功率、频率、功率因数和电能等多种电能参数的实时采集。
2. 控制系统：控制系统由多种智能控制模块组成，可以实现对传感器的启动、停止和数据采集频率的控制，控制系统还可以检测电力传感器的故障，并且对故障传感器进行通知和替换。
3. 传输数据：传输数据可以通过各种通信协议进行数据传输，如Internet、RS-485、GPRS等。
实时数据可通过网络传输到计算机，以便进行后续数据分析等处理操作。
4. 接口处理：智能电能计量系统可以通过各种接口，如串行接口、USB接口、网口等与计算机连接，以便进一步完成数据处理和存储的操作。
第三章：硬件和软件部分设计智能电能计量系统的硬件部分主要包括传感器、控制模块、数据传输模块等。
软件部分主要包括采集软件、控制软件、计算机端软件等。
1. 传感器硬件设计：传感器主要包括电流变送器、电压变送器、功率因数变送器等，需要根据实际安装需要进行选择和配置。
2. 控制模块硬件设计：控制模块主要包括单片机、存储器、显示屏、键盘等组成。
控制模块需要对采集、控制、计算、存储的电能数据进行管理和控制。
3. 数据传输模块设计：数据传输模块可以通过各种通信协议进行数据传输，如Internet、RS-485、GPRS等。
一种新型统一电能质量调节器(UPQC)硬件电路的设计
１ 、ＤＳ 系统 中主要 器件 的选择 Ｐ
１１ 源 芯 片 的 选 择 ．电 Ｌ ２０Ａ Ｄ Ｐ Ｆ ４ ７ Ｓ 的供 电需要高质量 的３３ ． Ｖ电源 ，且 所需要 的最 大电流 』 在 正常工作模式 下为 １０ Ｄ ２ ｍＡ，本文选取 的ＡＭＳ １ — １ １７ ３３ ．电源 芯片 ，能够 提供接 近 ｌ 电流 ，是低压差 固定或 可调电 Ａ的 压 输 出 调解 器 ， 固定 输 出 ３３ 已 经 能 够 完 全 满 足 ＤＳ 系 统 的 电 ． Ｖ， Ｐ 源 的需 要 。 １ 外 部Ｓ ． ２ ＲＡＭ 的选择 本 文 在 选 取 的 赛 普 拉 斯 公 司 （ ＹＰ Ｃ ＲＥＳ Ｓ）的 Ｃ Ｃ１ ２ Ｙ７ ０ ｌ Ｃ ３ — ２ ＸＣ 片 中 ，Ｃ ７ ０ １ Ｖ ３ １Ｚ 是 高速 静 态 Ｒ Ｖ ３ １Ｚ 芯 Ｙ Ｃ１２ Ｃ ３ — ２ ＸＣ ＡＭ， 容量 为 １ ｉ ６ Ｋ＊ ６）的 ，存取 时间为 １ ｎ ，在不 加等待 周 Ｍｂ ｔ ４ １ ＜（ ２ｓ 期 的情况下完全可 以满足Ｌ ２ ０ Ａ ＤＳ 在存取数据时对速度 的要 Ｆ４７ Ｐ 求 ；工 作电流 的最大值 为８ ｍＡ，供 电 电压 ３３ ５ ．Ｖ，可通 过ＤＳ 的 Ｐ 供 电 芯 片 Ａ １ １进 行 供 电 ；在 不 Ｔ 作 的时 候 ，它 还 可 以 自动 掉 ＭＳ １ ７ 电 ，从 而降低损耗 ；此外 ，Ｚ Ｃ Ｘ 代表 了芯 片的封装形式 。
的 目的。
２ 关 于 电源 监 视 及 上 电复 位 电路 的 设 计 ． ２ 该设 计使用的是 电源监视 电路与Ｄ Ｐ Ｓ 电源分别设计的方式 ， 电源 监 视 芯 片 采 用 了Ｃ Ａ Ｙ Ｔ 司 的 Ｃ ８ ９芯 片 ，该 芯 片 门 ＡＴ Ｌ Ｓ 公 ＡＴ ０ ｓ 槛电压为２ ３ ． Ｖ，监 视 电 压 为 ３ Ｖ 本 设 计将 Ｃ Ｔ ０ ｓ 输 出 串 联 ９ ． 。 ３ Ａ ８９ 的 上一个阻值较小的 电阻 ，这 不仅减小了灌电流 ，还可以在电源电 压下降的状况下对 Ｄ Ｐ Ｓ 进行 有效 的复位 ，通过 实验证 明 ，该方法 是 切 实 可行 的 。 ２３ 于 锁 相 环 （ Ｌ ｌ 基 Ｐ Ｌ）的 时 钟模 块 设 计 Ｌ ２ ０ Ａ ＤＳ 有 一 个 片 上 （ ｎ ｃ ｉ 基 于 Ｐ Ｌ 时 钟模 块 ， Ｆ４ ７ Ｐ ｏ — ｈｐ） Ｌ的 ２ 、系统 的外围 电路设 计 在外 部振荡频率不太 高时 ，该模块可 以为ＤＳ 的内部工作提供 灵 Ｐ ２１ 于ＤＳ 电 源 的 设 计 ．关 Ｐ 活 多样 的 时钟 频 率 ，可 以在 系统 配置 寄存 器 中进 行 设 置 ，再 经过 通 过 １ 选 取 的 电源 芯 片 设 计 Ｄ Ｐ 统 的 供 电 电路 ， 由于 其 外 ． １ Ｓ系 外部 振荡频率 的分 频或倍频后 ，可 以为ＤＳ ￣ 作提供 时钟 。Ｄ Ｐ ＰＥ Ｓ 围的电路 比较简单 ，电源的芯 片都是 高度集成 的 ，具 体的 电路参 的时钟输入 既可使 用外部有源振荡输入 的方法 ，又 可通过外部振 照如图１ 荡 晶体方式 ，也 可使用本文选用 的最普通 的晶体振荡 的方法 。本 文 采 用 １Ｍ晶振 振 荡 经 Ｐ Ｌ 倍 频 后 产 生 的３ Ｍ振 荡 频 率 作 为 Ｄ Ｐ ５ Ｌ两 ０ Ｓ 的工 作 频 率 。 图 中 并 联 电 容 Ｃ 和 Ｃ 取 ２ｐ ，Ｐ Ｌ 和 Ｐ Ｌ ２ Ｉ ０ Ｖ Ｌ Ｆ Ｌ Ｆ ＇脚 Ｊ
模块化电能质量功率单元
模块化电能质量功率单元引言模块化电能质量功率单元是一种先进的电力电子设备，用于提高电能质量，确保电网稳定运行。
本文将详细介绍模块化电能质量功率单元的概念、应用背景、系统架构、硬件设计、软件设计以及测试与验证等方面。
背景技术随着电力电子技术的发展，电力电子设备在工业、商业和居民用电领域的应用越来越广泛。
然而，电力电子设备的使用会导致电能质量下降，例如电压波动、谐波干扰等问题。
为了解决这些问题，需要使用电能质量治理设备来提高电能质量。
模块化电能质量功率单元作为一种先进的电能质量治理设备，具有高可靠性、高效率、可扩展性等优点，因此在现代电力系统中得到广泛应用。
定义与概述模块化电能质量功率单元是一种可扩展的电力电子设备，它采用模块化设计，可以根据实际需求进行灵活配置。
模块化电能质量功率单元的主要功能是提高电能质量，确保电网稳定运行。
它可以通过控制电流、电压等参数来减少谐波干扰、电压波动等问题，从而提高电力系统的可靠性。
此外，模块化电能质量功率单元还可以实现能量的双向流动，支持储能设备的充放电，提高电力系统的效率。
系统架构模块化电能质量功率单元的系统架构包括多个功率模块、控制器和通信接口。
功率模块是系统的核心部分，它采用可扩展的设计方式，可以根据实际需求进行灵活配置。
控制器负责控制功率模块的工作状态和参数设置，通信接口则用于实现各个模块之间的信息交互。
此外，系统还配备了先进的保护功能，以确保系统的安全性和稳定性。
硬件设计模块化电能质量功率单元的硬件设计包括功率模块的设计、控制电路的设计、保护电路的设计等。
功率模块采用先进的电力电子器件，如IGBT、MOS管等，以实现高效能量转换和控制。
控制电路则采用嵌入式控制器或DSP芯片，以实现快速、准确的控制系统。
保护电路则包括过流保护、过压保护、欠压保护等，以确保系统的安全性和稳定性。
此外，硬件设计还考虑了散热问题，采用了先进的散热技术和材料，以确保系统的长时间稳定运行。
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宁夏大学自然基金资助项目(编号:ndzr09-4)。
修改稿收到日期:2010-06-17。
第一作者杨国华,男,1972年生,1994年毕业于重庆大学电力系统及其自动化专业,获学士学位,副教授;主要从事电力检测与电力市场方面的研究。
电能质量参数采集单元硬件设计Har dware Desi g n o f the Acquisiti o n Un it for Quality Pa r ameters o f El e ctri c Ener gy杨国华 李建春 李先锋(宁夏大学物理电气信息学院,宁夏银川 750021)摘 要:虚拟仪器技术在检测系统中的使用日趋广泛,针对现有虚拟仪器采集卡价格昂贵、性能不高和不便推广的现状,设计了高性价比的虚拟仪器硬件采集单元。
根据电能质量参数检测系统的需求特点,从误差控制的角度选用低价通用器件设计模块化的电能质量信号采集单元,并通过误差分析证明了该设计在保证性能的前提下降低了采集成本,为实时、准确检测和控制电能质量提供了基础条件。
关键词:电能质量参数 采集模块 误差分析 虚拟仪器 检测中图分类号:TP274+.2 文献标志码:AAbstract :The technol ogy of v irt ual i nstru menthas been w i del y appli ed i n detecti on syste ms .A m i i ng at t he current status o f the acqui siti on unit i n virt ual i nstru men,t e .g .,expensive and poor perfor mance t hat bri ng s difficult y t o extend t he applicati ons ,the hi gh cost effecti veness hard ware o f acqui siti on unit has been desi gned .In accordance w it h the de mands on t he detecti on syste m for q uali ty para meters of electric energy ,and based on error contro,l the l o w cost co mm onl y used co mponents are selected t o desi gn m odular si gna l acq u i sition un i .t The h i ghly prec i se desi gn is verified by t he error ana l ysi s .The cost is reduced but still guarantees the perfor mance .Th i s offers f undamenta l conditions f o r real tm i e and precise detecti on&contro l o f t he qua lity o f el ectr i c energy .K ey words :Q ualit y parameter o f e l ectric energy A cqui siti on unit Error anal ysis V i rtual i nstru ment De t ecti on0 引言随着社会的发展,电能质量问题越来越受到电力企业和用户的关注。
电能质量的提高是指其能准确、完整地对电力参数进行检测和分析[1-3]。
表征稳态电能质量的主要指标有:电压偏差、频率偏差、三相不平衡、谐波、电压波动和闪变[4]。
现行的电能质量参数虚拟仪器监测系统硬件采集模块主要采用各大公司的采集卡,这些采集卡的性价比均不高,为此,有必要进一步研究设计电能质量参数采集单元。
在信号采集中,为精确测量高次谐波,必须选取较大的采样频率。
本文设计的电能采集单元根据采样对象、采样频率、数据传送速率和使用环境进行设计,具体设计如下:采样频率为f s =6400H z ,即每个工频周期采样128个数据点,这样理论上可以测量64次谐波;电能质量参数中计算数据数量需求最多的为频率测量(需要3s 数据量);由于电网频率变化不大,设定45~55H z 范围的频率信号采集即可满足绝大部分电力系统检测需求;系统使用工业CAN 总线进行通信和数据传送。
1 采集单元总体设计1.1 硬件结构设计采集器以单片机为核心,外设电流/电压输入电路、信号滤波调理电路、数据片外存储电路、继电器输出电路、锁相倍频电路、看门狗电路和电源电路等。
其中,电流电压电路完成三相电力信号的初步采集,看门狗电路完成电路的监控保护,继电器输出电路负责在一些紧急情况下对电路实现保护动作。
采集模块结构框图如图1所示。
图1 采集模块结构图F i g .1 Structure o f acquisiti on m odu l e系统的主要工作原理是被测的三相交流电压和三相交流电流信号首先经过互感器隔离变换,再经信号调理电路调整为A/D转换器可测信号,然后送入单片机转换为数字信号并进行相应的数据存储。
A/D转换的控制信号由单片机根据锁相环脉冲给出,上下位机根据控制指令,通过CAN现场总线实现数据交换。
1.2主要器件设计采集单元控制核心M CU选择C8051F060单片机。
该芯片有59个I/O口,2个片内16位ADC,内部基准电压为2.4V。
C8051F060片内ADC的孔径时间为1.5ns,转换速率为1M S/s。
系统采样设计需求面对45~55H z的信号,每个周期采样128个点,最大即为128!55=7.04kS/s,而测量三相电流电压共为6通道,则7.04!6=42.24kS/s∀1M S/s,可以满足系统设计需求。
由于C8051F060存储空间有限(64kB),采用CAN总线传送数据时,其传播速率随距离的增大而递减,当CAN通信距离达到最大10k m时,传送速率仅为5kbit/s[5];而采集频率为42.24kS/s,A/D采集位数为16位,则每秒单个采集器需要传送的数据为42.24! 16=675.84kbit/s#5kb it/s。
若CAN总线所挂带的节点增多,则更显速率不足,所以需要扩展存储单元,进行临时的数据存储。
在计算频率时,将3s的波形数据平均分成7段,并分别对每段计算频率,然后把这7段波形频率的平均值作为当前波形的频率。
为此,每个节点至少设计为保存3s左右的数据,则需要的扩展存储单元为: 128!6!2!55!3!8b it=247.5k!8bit,而C8051F060扩展地址空间为64kB,所以选用4片64kB!8bit的存储芯片即可满足需求。
综合考虑性价比,选择通用的存储芯片M27512。
该芯片为D I P封装,存储速度达到200ns,能够满足系统需求。
电压互感器采用SPT204A,其额定输入电流为2mA,额定输入电压为500V,额定输出电流为2mA。
由于使用时需要将原边电压信号变换为电流信号,因此,需要在原边串联一个合适的电阻,以满足输入端电流为2mA的要求。
电流互感器采用SCT254F K。
该互感器是通过感应原边的输入电流来进行转换的,其额定输入电流为5A,额定输出电流为2.5mA。
2采集单元电路设计2.1互感器电路设计在设计中,由于测量的是交流量,A/D转换的最大值对应被测信号的峰值,是其有效值的2倍,当波形不失真时,峰值为内部基准电压2.4V,对应的交流采样信号有效值为2.42=1.697V,因此,设过量程标志为有效值#1.7V。
为留有余量,在量程适当时,交流采样电压有效值应∀1.5V。
设计中选用电压互感器SPT204A,其额定输入交流电压有效值为500V,输出电压有效值为1.5V。
确定电路参数首先要确定限流电阻R1和反馈电阻R3的值。
选择初级额定电流为2mA,计算限流电阻R1=500V∃2mA=250k ,则选择R1为240k /2W时,实际初级额定电流约为:I=500V/(240+0.11)k =2.082mA(1)式中:0.11k 为SPT204A的初级电阻。
在此,初级额定电流要求不是很精确。
反馈电阻R3=1.5V∃2.082mA=0.7205k ,则R3可选0.7k 。
另外,可串联一个可调电阻进行微调。
电压互感器SPT204A电路如图2所示。
图2电压互感器电路图F i g.2C ircu it o f vo ltage transf o r m er图2中:电容C1和R4是用来补偿相移即相位差的。
C1应选用CBB电容;由于电容通常不能微调,所以需要调节补偿电阻R4来达到所需的补偿精度。
电容C3是400~1000pF的小电容,作用是去耦合滤波。
R1和R3要求精度优于1%,温度系数优于50!10-6,R1的功率要求有2倍的余量。
输入端的2个反向并联二极管用于限幅保护,使输入信号电压限制在二极管的正向压降以内,从而保护组件输入级的差分管发射结不被击穿,同时还可避免输入级因信号过大而出现%堵塞&现象。
对于输入信号幅值允许较大的组件,可由2只反向串联的稳压管代替[6]。
系统采用SCT254FK设计了一个额定输入电流为2A、输出电压为1.5V的电流互感器电路。
电路中互感器的输入端绕为2匝,从而使输入电流与输出电流之比为2.5A/2.5mA。
设计方法与电压传感电路的参数类似:首先确定反馈电阻R6的值,选为0.7k ;另外,串联一个可调电阻R5(100 )进行微调。
电流互感器电路如图3所示。
图3 电流互感器电路图F i g .3 C ircu it of current transfor m er2.2 信号调理电路设计在对电力信号进行分析和处理时,必须要解决频谱混叠和频谱泄漏的问题。
对于频谱混叠,可以设置合适的抗混叠滤波器。
本测量系统中需要测量30次谐波,则采样频率必须大于3000H z ,考虑到一定余量,最终采样频率定为每周128点,即6400H z 。
因此,将模拟低通滤波器的截止频率定为3.2k H z 。
电路采用的二阶RC 滤波电路如图4所示[7]。
图4 二阶RC 滤波电路F ig .4 F ilter c i rcuit o f second order RC6路信号通道均采用了相同的滤波电路。
因此,可以忽略模拟低通滤波器所引起的电压电流通道间的相对相移对功率因数和有功功率精确性的影响。
对于频谱泄漏,只要保证窗口函数的宽度为基波周期的整数倍,就可以避免泄漏的产生。