专利名称：实时六通道谐波分析仪的利记博彩app
技术领域：
本实用新型属于测量领域，涉及一种实时六通道谐波分析仪。
电网的谐波污染直接影响电网及用电设备的安全，目前所用的与本实用新型同等精确度的谐波分析仪如西德生产的NOWA－1型分析仪，只能同时测量一路电压和一路电流，其进口价格昂贵，此种谐波分析仪由于不能同时测量三相电路中的三相电压和三相电流的谐波变化情况，不能满足三相谐波实时分析的要求。其他各种谐波分析仪，不仅不能三相实时测量，而且测量偏差大。
本实用新型的任务是提供一种有六个独立的测量通道，能实现对三相电路中的三相电压和三相电流的谐波进行实时测量分析的仪器，此种分析仪造价低，设计合理，误差小。
该仪器设计了六个同时采集被测信号的测量通道，有三个通道实时测量三相电路中三相电压信号，有三个通道实时测量三相电路中的的三相电流信号，各通道均由具有能采集被测信号的输入环节、具有能进行漂移及失调自校正的信号选择环节、具有能使量程超限报警的量程选择环节、具有能进行频率选择的选频处理环节、具有能采集经过选频的电压、电流并保持一定时间的采样保持环节及进行模数转换的A／D转换环节前后依次联接，具有可供选择同步源的同步源选择环节与能使波形进行预整形并产生同步脉冲的预整形同步采样脉冲发生器联接，预整形同步采样脉冲发生器的两路输出一路去与各通道的采样保持环节联接、一路去与各通道的A／D转换环节联接，A／D转换过程完成信号的两路输出一路去与预整形同步采样脉冲发生器的复位门联接、一路与单片机联接；信号选择环节、量程控制环节、同步源选择环节、打印机、显示器、面板控制均与单片机联接。
由于本仪器在信号输入环节中，使用了自行设计的带电子补偿器的微型互感器，可方便地调校输入电路的比差和角差，保证了仪器所需的准确度。此环节中的放大器采用差动输入方式，不仅提高了仪器的共模抑制比，增强了仪器的抗干扰能力，而且可方便、安全地在电力系统的任何结线方式下使用。
本实用新型的同步采样环节应用了预整形技术，消除了同步信号中的幅度噪声和相位噪声的影响，减少了锁相环路中相位检测器的相检误差，准确地实现了非正弦波的同步采样，抑制了采样数字化测量中的泄漏效应，提高了仪器测量高次谐波时的准确度。
该仪器以单片机作为谐波分析的核心采用快速基2付立叶变换同时分析电压和电流，并利用浮点运算，提高了谐波分析的效率，使数据运算中所产生的附加误差可以忽略。
图1为本实用新型的原理框图。
图2为本实用新型的输入环节电路原理图。
图3a、b、c为本实用新型的同步源选择及预整形同步采样脉冲发生器电路原理图。
图4为本实用新型外壳的前面板示意图。
图5为本实用新型外壳后面板示意图。
下面依附图对本实用新型的实施例作进一步说明。
本实施例所说的实时六通道谐波分析仪，有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ共六个独立的信号测量通道，其中，分别有三个通道实时测量三相电路中的三相电压和三相电流，Ⅰ－1、Ⅱ－1、Ⅲ－1、Ⅳ－1、Ⅴ－1、Ⅵ－1均为差动浮置输入环节(1)，Ⅰ－2、Ⅱ－2、Ⅲ－2、Ⅳ－2、Ⅴ－2、Ⅵ－2均为信号选择环节(2)，Ⅰ－3、Ⅱ－3、Ⅲ－3、Ⅳ－3、Ⅴ－3、Ⅵ－3均为量程控制环节(3)，Ⅰ－4、Ⅱ－4、Ⅲ－4、Ⅳ－4、Ⅴ－4、Ⅵ－4均为选频处理环节(4)，Ⅰ－5、Ⅱ－5、Ⅲ－5、Ⅳ－5、Ⅴ－5、Ⅵ－5均为采样保持环节(5)，Ⅰ－6、Ⅱ－6、Ⅲ－6、Ⅳ－6、Ⅴ－6、Ⅵ－6均为A／D转换环节(6)，(7)为同步源选择环节，(8)为预整形同步采样脉冲发生器，(9)为单片机，(10)为打印机，(11)为显示器，(12)为面板控制，(13)为仪用整流电源。各通道均由能采集被测信号的输入环节(1)、能对零点漂移及由于温度影响产生的失调进行自校正所需的校正信号选择环节(2)，具有能使量程超限报警的量程选择环节(3)，具有能将频率选择在所需范围内的频率处理环节(4)，具有能采集经过选频的电压、电流并保持一定时间的采样保持环节(5)，能进行模数转换的A／D转换环节(6)前后依次联接，具有可供选择4种同步源的同步源选择环节(7)与能使同步源的输出波形进行预整形并产生同步脉冲的预整形同步采样脉冲发生器(8)联接，同步采样脉冲发生器(8)的两路输出一路信号Ps去控制各通道的采样保持环节(5)、一路信号Pa去控制各通道的A／D转换环节(6)，A／D转换环节(6)的两路输出一路信号Pe去控制预整形同步采样脉冲发生器的复位门、一路与单片机(9)联接，信号选择环节(2)、量程控制环节(3)、同步源选择环节(7)、打印机(10)、显示器(11)、面板控制(12)均与单片机(9)联接，一个能输出直流＋5V、±15V的整流电源(13)为各回路提供工作电源。输入环节(1)是由比例电路(1－1)、微型互感器(1－2)、前置放大器(1－3)组成，这里，比例电路由电阻R1～R3串联组成，串联电阻的两端接被测信号，微型互感器B1的输入端跨接在电阻R2的两端，微型互感器B1的两输出端与前置放大器联接。测量电压时，比例电路是由高阻抗分压器按一定比例加至微型互感器的输入端；测量电流时，借助于一个无感测量电阻加至微型互感器的输入端。前置放大器(1－3)是由比例电阻R4～R7，限幅二极管D1、D2，相角差调节电阻R8、电容C1，电位器RW1，比例放大器IC1，输出电阻R9组成，其中，微型互感器B1的两输出端分别经电阻R4、R5接放大器IC1的负、正输入端，放大器IC1的负、正输入端之间跨接两个极性相反的二极管D1、D2，放大器IC1的正输入端经电阻R7接零，电阻R6跨接在放大器IC1的负输入端与输出端之间，放大器IC1的输出经电阻R8、电位器RW1、电阻R9接至信号选择环节(2)，电位器RW1的活动端接在电阻R8的输出端上，电位器RW1、电阻R9之间经电容C1接零。
同步源选择环节(7)是由同步源代码锁存器IC2与多路开关IC3联接组成，其中，多路开关IC3联有可供选择的4路同步源e、f、g、h，锁存器IC2与单片机联接，手动按键选择同步源，仪器进行预整形同步采样启动脉冲的发生，其工作过程由微机控制，同步源可以是被测信号，可以是设备本身设置的晶体振荡器，可以是仪器所用的电源，可以是外部任选输入同步信号。仪器可进行自检，检查仪器每个部分是否处于正常状态，若处于正常状态时，各部分的指示灯相继闪亮，仪器接好被测信号即进入工作状态。
与同步源选择环节(7)联接的预整形同步采样脉冲发生器(8)是由将带有谐波的电压整成为一定波形的第一次整形环节(8－1)、将整形后的波形进行基波选出的基波选出环节(8－2)、将选出后的基波进行再整形的第二次整形环节(8－3)，与产生同步脉冲的同步采样启动脉冲发生环节(8－4)依次联接组成，第一次整形环节(8－1)是由电阻R10、电容C2、C3组成的高频滤波电路，限幅稳压二极管D3、D4，比例电阻R11、R12，比例放大器IC4，输出电阻R14，电阻R13组成，其中，由同步源选择(7)来的信号依次经高频滤波电路、电阻R11与放大器IC4的负输入端联接，电阻R12跨接在放大器IC4的负输入端与输出端之间，放大器IC4的正输入端接零，放大器IC4的输出端依次经电阻R13、R14经输出端D接基波选出环节(8－2)的输入端D′，电阻R13、R14之间经正、反接限幅稳压二极管D3、D4接零。基波选出环节(8－2)是由两级带通滤波器组成，其两级带通滤波器由电阻R15～R21、电容C4～C7、电位器RW2、RW3、放大器IC5、IC6组成，其中，第一次整形环节(8－1)的输出经电容C5接放大器IC5的负输入端，电阻R15与电位器RW2串联后接在放大器IC5的负输入端与输出端之间，电位器RW2的活动端接放大器IC5的输出端，电容C4跨接在电容C5的输入端与放大器IC5的输出端之间，电容C5的输入端经电阻R16接零，IC5的输出经电阻R17、电容C7接放大器IC6的负输入端，IC6的正输入端接零，电阻R19与电位器RW3串联后跨接在放大器IC6的负输入端与输出端之间，电位器RW3的活动端接放大器IC6的输出端，电容C6跨接在电容C7的输入端与放大器IC6的输出端之间，电容C7的输入端经电阻R18接零，放大器IC6的输出与第二次整形环节(8－3)联接，IC6的另一路输出经电阻R20、R21接零，电阻R20、R21的连接点与IC5的正输入端联接。
第二次整形环节(8－3)是由电阻R22～R26，基极输入二极管D5，射极输出二极管D6，开关三极管T1、T2组成，其中，基波选出环节(8－2)的输出经二极管D5与开关三极管T1的基极联接，开关三极管T1的发射极经二极管D6接零，三极管T1的集电极经电阻R23接工作电源正极，三极管T1的基极经电阻R22接工作电源正极，三极管T1的集电极经电阻R24、R25接零，电阻R24、R25之间引出一信号与三极管T2的基极联接，T2的发射极接零，T2的集电极经电阻R26与工作电源正极联接，从T2的集电极引出同步信号至同步采样启动脉冲发生器(8－4)的锁相环路。
同步采样启动脉冲发生环节(8－4)由锁相环路IC7、分频器IC8、D触发器IC9，单稳态触发器IC10、IC11、IC12及外接电路组成，其中，由第二次整形环节(8－3)输出的信号fs经同步采样启动脉冲环节(8－4)的输入端fs′接至锁相环路IC7的14端，IC7的输出端4端与分频器IC8的输入端10端联接，分频器IC8输出两路信号，一路经分级开关K1反馈至锁相环路作为参考信号，一路经分级开关K2与D触发器IC9的输入端3端联接，D触发器IC9的7端接零，IC9的2、4端经电阻R27接工作电源正极，IC9的14端直接与工作电源正极联接，IC9的1端与单稳态触发器IC12的4端联接，IC9的5端与单稳态触发器IC10的输入端10端联接并输出一同步采样脉冲信号Ps，IC10的9端接零，IC10的11、16端接工作电源正极，IC10的6、7端之间跨接一电容C8后经电阻R18接工作电源正极，IC10的12端与单稳态触发器IC11的2端联接，IC11的3端接工作电源正极，IC11的14、15端之间跨接一电容C9后经电阻R29接工作电源正极，IC11的1端接零，IC11的13端输出一A／D启动脉冲信号Pa，单稳态触发器IC12的1端接零，A／D转换环节的另一路输出Pe与IC12的2端联接，IC12的14、15端之间跨接一电容C10后经电阻R30与IC12的16端接工作电源正极。
其它各环节均为已知技术。
在仪器前面板上设有电源开关(14)，显示谐波次数键(15)，复位键(16)，控制打印谐波次数键(17)，同步源选择键(18)，电流量程控制键(19)，电压量程控制键(20)，三相测试键(21)，单相测试键(22)，准备测试键(23)，自检查键(24)，有效值选择测试键(25)，谐波分析选择测试键(26)，谐波电流有效值显示器(27)，谐波电压有效值显示器(28)，打印机(29)，显示谐波次数键(15)可选择任意次谐波显示，每个功能键的状态均有相应的指示灯指示。
仪器后面板上设有三相电压信号输入端(30－32)，三相电流信号输入端(33－35)，上方是六个测量通道的6个微弱信号输入端(36－41)，其作用是从现场用磁带机录制的信号在实验室通过此口输入分析谐波，最上边一排是三相电压和三相电流信号输出端(42－47)，此输出端适用于接到通用示波器或波形记录器上用以实际观察波形，左边(48)接线端可以实现与其他计算机通信联系，以便对谐波分析的数据进行存盘或其他处理，最左边还备有宽行打印机接口(49)，外部同步信号输入端(50)，仪器外壳接地端(51)，电源保险丝管座(52)，电源线插座(53)。
本实施例的电压信号量程范围(有效值)30V、60V、120V、240V，各挡输入可高达额定值的130％。
电流信号量程范围(有效值)1.5A、3A、6A、12A，各档输入可高达额定值的130％。
最高分析谐波次数为50次，打印输出次数选择为0～7次；0～13次；0～21次；0～31次。
显示器可选择显示次数为0～50次中任意次的谐波电压和谐波电流的有效值。
仪器的工作过程首先接通仪器电源，接好被测信号，即将输入环节的两个输入端分别接被测三相电压，被测三相电流，打开仪器开关，仪器进入初始化状态，开始自检查，通过单片机控制，对每个功能键和各个功能块及显示器的每个字逐一进行诊断，诊断完成后，面板上全部指示灯闪耀10次，若正常打印机输出正常信号，这时机器进入工作状态，手动按键进行测量功能选择包括量程选择，同步源选择，谐波次数选择，三相、单相选择，谐波分析状态(HAR)选择或电流和电压有效值、有功功率、无功功率、功率因数(UIP)选择，显示及打印方式选择。
当检测单相谐波信号可按下单相键，单相指示灯亮，仪器处于单相测量状态，这时一相的电压和电流2路信号同时输入、采集分析，根据输入信号的大小预置合适的量程，当信号超过量程极限时仪器超限报警灯亮，此时必须重新设置量程，同时进行其他功能的选择，若按下(HAR)键，仪器处于谐波分析状态，信号采样和模数转换电路开始工作按需要每个通道采足128个样本点以后，仪器即转入数据的误差自校正，校正仪器信号通道中元器件的零点漂移及温度引起的失调，已校正后的各组采样数据先后进行双实数基2快速付立叶变换，得到各谐波分量的幅值、相位角，并算出各高次谐波分量相对于基波分量的百分比之后转入打印程序，按设定的格式打印出谐波分量的电压、电流幅值、相位角、百分比。当按下(UIP)键，仪器进入电压、电流有效值、有功功率、无功功率和功率因数的测量，单片机程序控制打印机输出电压、电流有效值、有功功率、无功功率和功率因数。
若要进行三相实时分析，可按下三相键，三相指示灯亮，三相电压和电流6路信号同时输入、采集，同时存入数据区，按相序分别进行双实数基2付立叶变换，得到各相的各次谐波电压和电流有效值，最后按相序打印。按下(UIP)键测量顺序与单相相同只是按相序进行。
权利要求1.实时六通道谐波分析仪，由具有能进行漂移及失调自校正的信号选择环节(2)，具有能使量程超限报警的量程选择环节(3)，具有能将频率选择在所需范围内的选频处理环节(4)，具有能采集经过选频的电压、电流并保持一定时间的采样保持环节(5)，能进行模数转换的A/D转换环节(6)及打印机(10)、显示器(11)、面板控制(12)、整流工作电源(13)、单片机(9)等组成，其特征在于本仪器有六个独立的信号测量通道，其中，有三个通道实时测量电压信号，有三个通道实时测量电流信号，可测量单相电压、电流或三相电压、电流，各通道均由具有采集被测信号的输入环节(1)、信号选择环节(2)、量程选择环节(3)、选频处理环节(4)、采样保持环节(5)、A/D转换环节(6)前后依次联接，具有可供选择同步源的同步源选择环节(7)与能使波形进行预整形并产生同步启动脉冲的预整形同步采样脉冲发生器(8)联接，预整形同步采样脉冲发生器的两路输出与各通道的采样保持环节(5)联接、一路与各通道的A/D转换环节(6)联接，A/D转换环节(6)的两路输出一路与预整形同步采样脉冲发生器的复位门联接、一路与单片机(9)联接，信号选择环节(2)、量程控制环节(3)、同步源选择环节(7)、打印机(10)、显示器(11)、面板控制(12)均与单片机(9)联接。
2.根据权利要求1所述的实时六通道谐波分析仪，其特征在于它的输入环节(1)是由比例电路(1－1)、微型互感器(1－2)、前置放大器(1－3)组成，其中，比例电路由电阻R1～R3串联组成，串联电阻的两端接被测信号，微型互感器B1的输入端跨接在电阻R2的两端，微型互感器B1的两输出端与前置放大器联接。
3.根据权利要求1、2所述的实时六通道谐波分析仪，其特征在于它的前置放大器(1－3)是由比例电阻R4～R7，限幅二极管D1、D2，相角差调节电阻R8、电容C1，电位器RW1，比例放大器IC1，输出电阻R9组成，其中，微型互感器B1的两输出端分别经电阻R4、R5接放大器IC1的负、正输入端，放大器IC1的负、正输入端之间跨接两个极性相反的二极管D1、D2，放大器IC1的正输入端经电阻R7接零，电阻R6跨接在放大器IC1的负输入端与输出端之间，放大器IC1的输出经电阻R8、电位器RW1、电阻R9接至信号选择环节(2)，电位器RW1的活动端接在电阻R8的输出端上，电位器RW1、电阻R9之间经电容C1接零。
4.根据权利要求1所述的实时六通道谐波分析仪，其特征在于它的同步源选择环节(7)是由同步源代码锁存器IC2与多路开关IC3联接组成，其中，多路开关IC3联有可供选择的1－4路同步源，锁存器IC2与单片机联接。
5.根据权利要求1所述的实时六通道谐波分析仪，其特征在于它的预整形同步采样启动脉冲发生器(8)是由将带有谐波的电压整成为一定波形的第一次整形环节(8－1)、将整形后的波形进行基波选出的基波选出环节(8－2)、将选出后的基波进行再整形的第二次整形环节(8－3)及能产生同步脉冲的同步采样启动脉冲环节(8－4)组成，其中，第一次整形环节(8－1)、基波选出环节(8－2)、第二次整形环节(8－3)、同步采样启动脉冲环节(8－4)前后依次联接。
6.根据权利要求1、5所述的实时六通道谐波分析仪，其特征在于它的第一次整形环节(8－1)是由电阻R10、电容C2、C3组成的高频滤波电路，限幅稳压二极管D3、D4，比例电阻R11、R12，比例放大器IC4，输出电阻R14，电阻R13组成，其中，由同步源选择(7)来的信号依次经高频滤波电路、电阻R11与放大器IC4的负输入端联接，电阻R12跨接在放大器IC4的负输入端与输出端之间，放大器IC4的正输入端接零，放大器IC4的输出端依次经电阻R13、R14接基波选出环节(8－2)的输入端，电阻R13、R14之间经正、反接限幅稳压二极管D3、D4接零。
7.根据权利要求1、5所述的实时六通道谐波分析仪，其特征在于它的基波选出环节(8－2)是由两级带通滤波器组成，其两级带通滤波器由电阻R15～R21、电容C4～C7、电位器RW2、RW3、放大器IC5、IC6组成，其中，第一次整形环节(8－1)的输出经电容C5接放大器IC5的负输入端，电阻R15与电位器RW2串联后接在放大器IC5的负输入端与输出端之间，电位器RW2的活动端接放大器IC5的输出端，电容C4跨接在电容C5的输入端与放大器IC5的输出端之间，电容C5的输入端经电阻R16接零，IC5的输出经电阻R17、电容C7接放大器IC6的负输入端，IC6的正输入端接零，电阻R19与电位器RW3串联后跨接在放大器IC6的负输入端与输出端之间，电位器RW3的活动端接放大器IC6的输出端，电容C6跨接在电容C7的输入端与放大器IC6的输出端之间，电容C7的输入端经电阻R18接零，放大器IC6的输出与第二次整形环节(8－3)联接，IC6的另一路输出经电阻R20、R21接零，电阻R20、R21的连接点与IC5的正输入端联接。
8.根据权利要求1、5所述的实时六通道谐波分析仪，其特征在于它的第二次整形环节(8－3)是由电阻R22～R26，基极输入二极管D5，射极输出二极管D6，开关三极管T1、T2组成，其中，基波选出环节(8－2)的输出经二极管D5与开关三极管T1的基极联接，开关三极管T1的发射极经二极管D6接零，三极管T1的集电极经电阻R23接工作电源正极，三极管T1的基极经电阻R22接工作电源正极，三极管T1的集电极经电阻R24、R25接零，电阻R24、R25之间引出一信号与三极管T2的基极联接，T2的发射极接零，T2的集电极经电阻R26与工作电源正极联接，从T2的集电极引出同步信号至同步采样启动脉冲发生器(8－4)的锁相环路。
9.根据权利要求1、5所述的实时六通道谐波分析仪，其特征在于同步采样启动脉冲发生环节(8－4)由锁相环路IC7、分频器IC8、D触发器IC9，单稳态触发器IC10、IC11、IC12及外接电路组成，其中，由第二次整形环节(8－3)输出的信号fs经同步采样启动脉冲环节(8－4)的输入端fs′接至锁相环路IC7的14端，IC7的输出端4端与分频器IC8的输入端10端联接，分频器IC8输出两路信号，一路经分级开关K1反馈至锁相环路作为参考信号，一路经分级开关K2与D触发器IC9的输入端3端联接，D触发器IC9的7端接零，IC9的2、4端经电阻R27接工作电源正极，IC9的14端直接与工作电源正极联接，IC9的1端与单稳态触发器IC12的4端联接，IC9的5端与单稳态触发器IC10的输入端10端联接并输出一同步采样脉冲信号Ps，IC10的9端接零，IC10的11、16端接工作电源正极，IC10的6、7端之间跨接一电容C8后经电阻R18接工作电源正极，IC10的12端与单稳态触发器IC11的2端联接，IC11的3端接工作电源正极，IC11的14、15端之间跨接一电容C9后经电阻R29接工作电源正极，IC11的1端接零，IC11的13端输出一A／D启动脉冲信号Pa，单稳态触发器IC12的1端接零，A／D转换环节的另一路输出Pe与IC12的2端联接，IC12的14、15端之间跨接一电容C10后经电阻R30与IC12的16端接工作电源正极。
专利摘要一种实时六通道谐波分析仪，能实时测量三相电路中的单相电压和电流或三相电压和电流，该仪器由输入环节(1)、信号选择环节(2)、量程控制环节(3)、选频处理环节(4)、采样保持环节(5)、A/D转换环节(6)、同步源选择环节(7)、预整形同步采样脉冲发生器(8)、单片机(9)、打印机(10)、显示器(11)、面板控制(12)等组成，具有使用方便、安全、测量精度高等特点，为电力系统实时分析三相电压和电流的谐波状态，保证用电设备的安全提供了较理想的测量手段。
文档编号G01R23/16GK2098689SQ91223118
公开日1992年3月11日 申请日期1991年8月16日 优先权日1991年8月16日
发明者许遐 申请人:北京电力科学研究所