專(zhuān)利名稱(chēng)：真無(wú)功功率測(cè)量用90°鎖相移相裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明真無(wú)功功率測(cè)量用90°鎖相移相裝置涉及到無(wú)功電能、無(wú)功電量、無(wú)功補(bǔ)償?shù)葴y(cè)量領(lǐng)域，特別是電力系統(tǒng)的自動(dòng)化調(diào)度及控制、狀態(tài)估計(jì)等都離不開(kāi)無(wú)功正確測(cè)量，它具有信號(hào)濾波、過(guò)零比較、相位比較、倍頻器、誤差積分放大器、相位補(bǔ)償調(diào)整，特別是以信號(hào)中心頻率90°移相角度、通過(guò)調(diào)節(jié)直流基準(zhǔn)電壓來(lái)達(dá)到設(shè)定的特征。
現(xiàn)有的移相技術(shù)狀態(tài)是用RC阻容移相電路、一般電子移相電路和積分、微分補(bǔ)償式移相電路，其幅頻特性和相頻特性分別為KF(ω)＝1 (1)φ(ω)＝-[π+2tg-1(ω/ω0)] (2)其中式中ω0＝2лf0ω0為中心頻率角f0為中心頻率而對(duì)于工頻測(cè)量f0＝50Hz，從式(2)中不難算出以信號(hào)頻率對(duì)中心頻率f0變化±5％時(shí)電路移相對(duì)90°變化可達(dá)±2.8°，這將引起5％的附加誤差。
對(duì)于積分、微分補(bǔ)償式90°移相電路，其輸出和輸入的特性如下式Uo＝1/2(ωRC+1/ωRC)·sin(ωt+90°) (3)由(3)式可知電路中雖然采取了補(bǔ)償，但由于用作積分與微分RC元件的參數(shù)不能絕對(duì)相等，所以只能適合輸入信號(hào)頻率變化較小的場(chǎng)合，不能滿(mǎn)足寬范用、高精度測(cè)量的要求。
本發(fā)明真無(wú)功功率測(cè)量用90°鎖相移相裝置就是為了克服上述幾種移相技術(shù)不足而設(shè)計(jì)的90°鎖相移相技術(shù)。輸入、輸出信號(hào)分別進(jìn)行過(guò)零比較、相位比較、倍頻、直流基準(zhǔn)、誤差比較、積分放大、相位補(bǔ)償調(diào)整等一系列的技術(shù)措施，達(dá)到90°鎖相。
本發(fā)明真無(wú)功功率測(cè)量用90°鎖相移相裝置，其電路可靠，尤其采用當(dāng)今高科技的表面安裝技術(shù)(SMT技術(shù))，所以使無(wú)功測(cè)量如有功一樣正確、可靠。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述

圖1為真無(wú)功功率測(cè)量用90°鎖相移相電路方框2為二階有源濾波器圖3為檢相原理4為波形5為90°移相器圖6為圖5的電路分析圖7為歸一化相移特性圖8為總電路1中A為PT、B為二次濾波有源濾波、C為鎖相式90°移相器、D為誤差積分器、E為直流基準(zhǔn)、F為二階有源濾波器、G為檢相器、H為零比較、 I為壓控變阻器。
其工作過(guò)程如下
輸入電壓經(jīng)PT變換后的UI進(jìn)入二次諧波有源濾波器濾除二次以上諧波及干擾信號(hào)后分二路信號(hào)，一路送入90°電子移相器，產(chǎn)生一個(gè)與輸入信號(hào)UI幅度相等相位差90°的鎖相移相信號(hào)，并且也分二路，一路輸入到乘法器的電壓端，作為乘法器調(diào)寬信號(hào)用，另一路輸入到反饋比較器2產(chǎn)生過(guò)零比較信號(hào)。有源濾波器輸出的加一路送入比較器1產(chǎn)生過(guò)零比較基準(zhǔn)信號(hào)。兩路過(guò)零比較信號(hào)經(jīng)檢相器，檢出相位差之后經(jīng)二階有源濾波平滑成直流電壓，并與基準(zhǔn)直流電壓E比較后的求和電壓經(jīng)積分誤差放大后控制可變電阻部件，使電子移相器的相位保持恒定。具體反饋控制過(guò)程如下 有源濾波器(圖2)有源濾波器的參數(shù)選擇正確與否，將直接影響電路的響應(yīng)時(shí)間，幅頻，相頻特性。由二階濾波器傳遞函數(shù)可知，只有合理選擇元件參數(shù)才能使電路的增益，品質(zhì)因數(shù)，截止頻率得到保證。其傳遞函數(shù)為H(S)=(R3+R2R3)×1R1R2C1C2S2+[1R1C1+1R2C2-R4R2R3C2]S+1R1R2C1C2----(4)]]>與二階濾波器標(biāo)準(zhǔn)式H(S)=H0ω02S2(ω/R)S+ω02----(5)]]>相比得H0=R3+R4R3----(6)]]>ω0=-1R1R2C1C2----(7)]]>Q=[R2C2R1C1+R1C2R2C1-R1R3·R1C1R2C2]----(8)]]>令R1＝R2＝RC1＝C2＝C 則有ω0=1RC----(7)]]>H0=R3+R4R4----(9)]]>I/Q＝3-H0(10)ω0截止頻率H0增益Q 品質(zhì)因數(shù)零比較、檢相、積分電路(圖3、圖4)UA，UB、經(jīng)IC1、IC2變成方波，再由與或門(mén)進(jìn)行邏輯處理后變成與相位成比例的占空方波。如圖4，經(jīng)有源濾波器平滑后輸出V1再與E求和經(jīng)誤差積分放大后的V4電壓去控制壓控變阻器。V2=TwT----(11)]]>V3=1R C∫v3dt----(12)]]>90°移相器(圖5)所謂移相器，就是在增益不變的條件下，使輸入信號(hào)頻率或其它電路參數(shù)的相移量發(fā)生變化的電路。
Ui=UmsinωtU0=Umsin(ωt+90°)VG=V4=1RC∫v3dt]]>90°移相器，分析圖5，由圖6分析可知V0＝V01+V02其幅頻和相頻特性為R1＝R2幅頻VF(ω)=1相頻 _(ω)＝-|π+2tg-1(ω／ω0)|(13)
其中 為中心頻率 (14)用歸一化的輸出相移特性(圖7)相移量 壓控變阻器由反饋控制電壓所控的變阻器是一個(gè)可控跨導(dǎo)的JFET場(chǎng)效應(yīng)管，當(dāng)頻率發(fā)生變化時(shí)，檢相器輸出的電壓隨之改變。 使γDs發(fā)生變化從而相頻特性得到調(diào)整，當(dāng)然，JFET的變阻與輸入控制電壓是一個(gè)線(xiàn)性變化的關(guān)系。rDS=r0s01-UGSVP----(16)]]>式中Vp為斷電壓rds是UGS＝0時(shí)動(dòng)態(tài)電阻上式說(shuō)明 與UGS為線(xiàn)性關(guān)系是實(shí)現(xiàn)壓控變阻的關(guān)鍵。通過(guò)以上的分析，采用SMT厚膜電路，并進(jìn)行整體溫度補(bǔ)償，配置在真無(wú)功功率變送器為電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的精確測(cè)量，提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明真無(wú)功功率測(cè)量用90°鎖相移相裝置，它由PT二次濾波器L0、過(guò)零比較器L3C、L3D、90°鎖相電子移相器L1A、檢相器、L2二階有源濾波L0、直流基準(zhǔn)L1D、誤差積分L1D、壓控變阻器J2等電路組成。其特征在于90°鎖相移相器的相位調(diào)整為壓控變阻器、J2檢相器、用邏輯與或門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)，濾波器用二階快速有源濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，中心頻率角度的控制用直流基準(zhǔn)來(lái)設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，真無(wú)功功率測(cè)量用90°鎖相移相裝置，其特征在于經(jīng)過(guò)過(guò)零比較器L3C、L3D的二個(gè)波形輸入到L2邏輯與或門(mén)，經(jīng)過(guò)此與或門(mén)檢相輸出的頻率為二倍的信號(hào)頻率，中心頻率的調(diào)節(jié)是通過(guò)直流基準(zhǔn)L1D反相后輸出到加法器R14、R15中，有源濾波器有L3B與阻容元件構(gòu)成，移相補(bǔ)償調(diào)整L1A、J2完成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述，檢相器L2、A、B、C三個(gè)控制端輸入比較方波和門(mén)限電壓，輸出端X、Y、Z是輸入的與或關(guān)系，移相器補(bǔ)償J2輸入控制電壓范圍為-9V～-1V，中心頻率50Hz，頻率補(bǔ)償范圍為43Hz-57Hz。
全文摘要
本發(fā)明真無(wú)功功率測(cè)量用90°鎖相移相裝置,它由PT二次濾波器LO、過(guò)零比較器L
文檔編號(hào)G01R21/00GK1356556SQ0012782
公開(kāi)日2002年7月3日 申請(qǐng)日期2000年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月7日
發(fā)明者朱仁官 申請(qǐng)人:朱仁官