專利名稱：一種濾波無功補(bǔ)償裝置的新型電能測量控制模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低壓濾波無功補(bǔ)償技術(shù)，特別是一種濾波無功補(bǔ)償裝置的新型電能測量控制模塊。
背景技術(shù)：
目前濾波無功補(bǔ)償裝置傳統(tǒng)的電能采樣測量控制方式是通過精密互感器接受外部被測系統(tǒng)電壓、電流信號，經(jīng)過補(bǔ)償調(diào)理電路將信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，該電壓信號通過抗混疊濾波電路濾除高次諧波分量，同時在低通濾波環(huán)節(jié)和數(shù)模轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)還需加一個接口電路將低通濾波的輸出信號轉(zhuǎn)換為適合數(shù)模轉(zhuǎn)換的信號送到A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)字量發(fā)到主CPU中央處理器上，最后通過CPU中央處理器復(fù)雜的程序算法算出各系統(tǒng)參數(shù)(電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、諧波)和反推算波形進(jìn)行顯示。電能采樣測量控制信號流程如圖1所示，這種電能采樣方式的控制電路、控制策略和程序算法比較復(fù)雜和繁瑣，對編寫的程序要求非常高，而且調(diào)試周期長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提供了一種濾波無功補(bǔ)償裝置的新型電能測量控制模塊，可以有效簡化采樣測量控制電路，避免濾波無功補(bǔ)償裝置控制系統(tǒng)CPU中央處理器繁瑣復(fù)雜的控制計算，滿足濾波無功補(bǔ)償裝置對電網(wǎng)系統(tǒng)電能參數(shù)快速采樣測量和波形顯示的要求，調(diào)試簡單。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種濾波無功補(bǔ)償裝置的新型電能測量控制模塊，其特征在于包括CPU、電源模塊、電壓電阻網(wǎng)絡(luò)模塊、電流和電壓的變換模塊、測量模塊，測量模塊與CPU連接，電源模塊、電壓電阻網(wǎng)絡(luò)模塊、電流和電壓的變換模塊均連接于測量模塊，其中測量模塊采用DSP芯片，所述DSP芯片采用美國模擬器件ADI公司ADE7880芯片。所述電源模塊是將交流電源連接在隔離變壓器上，隔離變壓器連接整流橋、濾波器，然后通過通過隔離電源芯片連接至所述DSP芯片。交流電源通過小型的隔離變壓器降壓以后經(jīng)整流穩(wěn)壓濾波通過隔離電源芯片供給芯片ADE7880，電源模塊提供+3. 3V電壓。隔離變壓器初級次級絕緣在3000V以上，其抗電性能優(yōu)于GB/T15290標(biāo)準(zhǔn)要求。所述電壓電阻網(wǎng)絡(luò)模塊是包括三組相同結(jié)構(gòu)的電壓采樣電路形成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的差分電壓信號的輸出端分別連接至芯片ADE7880的VAP、VBP、VCP引腳。所述電流和電壓的變換模塊包括三組相同的轉(zhuǎn)換電路，每組轉(zhuǎn)換電路均包括一一對應(yīng)的采樣電路和電壓偏置回路，電壓偏置回路設(shè)置在采樣電路上，采樣電路的電壓信號的輸出端分別連接至ADE7880的IAP、IAN、IBP、IBN、ICP、ICN引腳；所述電流和電壓的變換模塊是將電流信號經(jīng)過采樣電路的采樣電阻將電流轉(zhuǎn)換成電壓信號，電壓偏置回路將電壓信號調(diào)整到ADE7880需要的電壓值，采樣電路將調(diào)整后的電壓信號進(jìn)行濾波后輸入到專用測量芯片ADE7880。
本發(fā)明的有益效果如下
本發(fā)明采用先進(jìn)的ADE7880多功能自帶數(shù)字處理器DSP計量芯片作為電能采樣測量模塊；該芯片的集成度高；該芯片的性能超越了工業(yè)上對電能計量O. 2級表的精度和動態(tài)的要求，該設(shè)計集合全面的測量系統(tǒng)電壓、電流、功率、電力質(zhì)量分析、實時波形顯示等常用電力參數(shù)，為控制器高速分析系統(tǒng)中的電能各項參數(shù)基波、諧波分量提供了可能；
采用ADE7880，可以達(dá)到高精度、三相電能計量IC的功能，還適合測量各種三線、四線的三相基波、諧波參數(shù)和波形。該芯片內(nèi)置多個24bit 二階Σ-Λ型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)·字積分器、基準(zhǔn)電壓源電路及所有必需的信號處理電路，實現(xiàn)總(基波和諧波)有功/視在功率測量和有效值計算，以及基波有功/無功功率測量，還提供瞬時電能質(zhì)量監(jiān)測，如瞬時低壓或高壓檢測、瞬時高電流變化、線電壓周期測量以及相電壓與電流之間的角度等，同時ADE7880還具有波形采樣寄存器；該芯片內(nèi)自帶有一個固定高速運算功能的數(shù)字信號處理器(DSP)負(fù)責(zé)實現(xiàn)各項系統(tǒng)電能參數(shù)、波形信號處理。該器件還有兩個中斷請求引腳IRQO和IRQ1，用來指示一個使能的中斷事件已經(jīng)發(fā)生；
該電能采樣測量模塊的優(yōu)點是直接把計算好的各項電能參數(shù)數(shù)字量信號通過I2C (標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線)、HSDC ((高速數(shù)據(jù)捕獲)接口直接發(fā)給CPU進(jìn)行讀取，使得測量結(jié)果的高精度特性、動態(tài)特性得以保證，提高整個濾波無功補(bǔ)償裝置的數(shù)據(jù)在線監(jiān)測能力，相對于傳統(tǒng)測控采樣方式，控制硬件電路簡單，而其精度高、運行穩(wěn)定且動態(tài)特性好，最大程度的節(jié)省了控制系統(tǒng)CPU中央處理器的資源。


圖1為傳統(tǒng)的電能采樣測量控制信號流程示意圖 圖2為本發(fā)明的接口示意圖
圖3為本發(fā)明電源模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖 圖4為本發(fā)明的電壓電阻網(wǎng)絡(luò)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖 圖5為本發(fā)明的電流和電壓的變換模塊的結(jié)構(gòu)示意圖
其中，附圖2標(biāo)記為1 CPU, 2電源模塊，3電壓電阻網(wǎng)絡(luò)模塊，4電流和電壓的變換模塊，5測量模塊。
具體實施例方式如圖2所示，一種濾波無功補(bǔ)償裝置的新型電能測量控制模塊，包括CPU1、電源模塊2、電壓電阻網(wǎng)絡(luò)模塊3、電流和電壓的變換模塊4、測量模塊5，測量模塊5與CPUl連接，電源模塊2、電壓電阻網(wǎng)絡(luò)模塊3、電流和電壓的變換模塊4均連接于測量模塊5，其中測量模塊5采用DSP芯片，所述DSP芯片采用美國模擬器件ADI公司ADE7880芯片。如圖3所示，所述電源模塊2包括由隔離變壓器、整流橋、電源芯片和濾波器，具體是將交流電源連接在隔離變壓器上，隔離變壓器連接整流橋、濾波器，然后通過通過隔離電源芯片連接至所述DSP芯片。交流電源通過小型的隔離變壓器降壓以后經(jīng)整流穩(wěn)壓濾波通過隔離電源芯片供給芯片ADE7880，電源模塊2提供+3. 3V電壓。隔離變壓器初級次級絕緣在3000V以上，其抗電性能優(yōu)于GB/T15290標(biāo)準(zhǔn)要求。其中，隔離變壓器由單相隔離電源變壓器T7 (功率15W變比AC220V/6V/4. 5V)組成，整流橋(型號DB107)包括D2、D3，電源芯片包括VRl (型號ASM1117-5)和VR2 (型號ASMl117-3. 3)，濾波器由電容量為IOOnF的電容C45、C46、C52、C53、電容量為IOOuF的C44、C47及電容量為470uF的C50、C51組成。如圖4所示，所述電壓電阻網(wǎng)絡(luò)模塊3是包括三組相同結(jié)構(gòu)的電壓采樣電路形成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的差分電壓信號的輸出端分別連接至芯片ADE7880的VAP、VBP、VCP引腳。電壓采樣電路包括阻值為330K的采樣電阻R1_R5、R7-8、R18-R20、R24、R26-28、R38-41、R43-45，抗干擾回路由阻抗為15000HMS的El、E4、E8磁珠組成，阻值為IK的電阻R9、R41、R47，電容量為2200PF的電容C12、C21、C26。所述電流和電壓的變換模塊4包括三組相同的轉(zhuǎn)換電路，每組轉(zhuǎn)換電路均包括一一對應(yīng)的采樣電路和電壓偏置回路，電壓偏置回路設(shè)置在采樣電路上，采樣電路的電壓信號的輸出端分別連接至ADE7880的IAP、IAN、IBP、IBN、ICP、ICN引腳；所述電流和電壓的變換模塊4是將電流信號經(jīng)過采樣電路的采樣電阻將電流轉(zhuǎn)換成電壓信號，電壓偏置回路將電壓信號調(diào)整到ADE7880需要的電壓值，采樣電路將調(diào)整后的電壓信號進(jìn)行濾波后輸入到專用測量芯片ADE7880。如圖5所示，所示電流和電壓的變換模塊4包括三組相同的轉(zhuǎn)換電路，由新型帶磁路補(bǔ)償?shù)母呔葘捔砍屉娏骰ジ衅?型號ZMCTl 15M) Tl、T2、T3作為電流采樣前端，抗干擾回路由阻抗為15000HMS的Ε2、Ε5、Ε7磁珠組成，阻值50Ω的電阻R15、電阻R16、電阻R25、電阻R29、電阻R37、電阻R42將電流信號轉(zhuǎn)換成ADE7880需要的電壓值，由阻值IK的電阻 R14、R17、R21、R30、R32、R46 和電容量為 2200PF 的電容 C15、C16、C19、C20、C22、C25組成的抗混疊電路將調(diào)整后的電壓信號進(jìn)行濾波后輸入到專用測量芯片ADE7880。其中ADE7880芯片測量部分如下表所示
權(quán)利要求
1.一種濾波無功補(bǔ)償裝置的新型電能測量控制模塊，其特征在于包括CPU、電源模塊、電壓電阻網(wǎng)絡(luò)模塊、電流和電壓的變換模塊、測量模塊，測量模塊與CPU連接，電源模塊、電壓電阻網(wǎng)絡(luò)模塊、電流和電壓的變換模塊均連接于測量模塊，其中測量模塊采用DSP芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種濾波無功補(bǔ)償裝置的新型電能測量控制模塊，其特征在于所述DSP芯片采用ADE7880芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種濾波無功補(bǔ)償裝置的新型電能測量控制模塊，其特征在于所述電源模塊包括隔離變壓器、整流橋、濾波器，具體是將交流電源連接在隔離變壓器上，隔離變壓器連接整流橋、濾波器，然后通過通過隔離電源芯片連接至所述DSP芯片；交流電源通過隔離變壓器降壓以后經(jīng)整流穩(wěn)壓濾波通過隔離電源芯片供給芯片ADE7880。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種濾波無功補(bǔ)償裝置的新型電能測量控制模塊，其特征在于所述隔離變壓器初級次級絕緣在3000V以上，抗電性能高于GB/T15290標(biāo)準(zhǔn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種濾波無功補(bǔ)償裝置的新型電能測量控制模塊，其特征在于所述電壓電阻網(wǎng)絡(luò)模塊是包括三組相同結(jié)構(gòu)的電壓采樣電路形成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的差分電壓信號的輸出端分別連接至芯片ADE7880的VAP、VBP、VCP引腳。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5任意一項所述的一種濾波無功補(bǔ)償裝置的新型電能測量控制模塊，其特征在于所述電流和電壓的變換模塊包括三組相同的轉(zhuǎn)換電路，每組轉(zhuǎn)換電路均包括一一對應(yīng)的采樣電路和電壓偏置回路，電壓偏置回路設(shè)置在采樣電路上，采樣電路的電壓信號的輸出端分別連接至ADE7880的IAP、IAN、IBP、IBN、ICP、ICN引腳；所述電流和電壓的變換模塊是將電流信號經(jīng)過采樣電路的采樣電阻將電流轉(zhuǎn)換成電壓信號，電壓偏置回路將電壓信號調(diào)整到ADE7880需要的電壓值，采樣電路將調(diào)整后的電壓信號進(jìn)行濾波后輸入到專用測量芯片ADE7880。
全文摘要
本發(fā)明涉及低壓濾波無功補(bǔ)償技術(shù)，特別是一種濾波無功補(bǔ)償裝置的新型電能測量控制模塊，包括CPU、電源模塊、電壓電阻網(wǎng)絡(luò)模塊、電流和電壓的變換模塊、測量模塊，測量模塊與CPU連接，電源模塊、電壓電阻網(wǎng)絡(luò)模塊、電流和電壓的變換模塊均連接于測量模塊，其中測量模塊采用DSP芯片；本發(fā)明采用先進(jìn)的ADE7880多功能自帶數(shù)字處理器DSP計量芯片作為電能采樣測量模塊，該芯片集成度高，性能超越了工業(yè)上對電能計量0.2級表的精度和動態(tài)的要求，該設(shè)計集合全面的測量系統(tǒng)電壓、電流、功率、電力質(zhì)量分析、實時波形顯示等常用電力參數(shù)，為控制器高速分析系統(tǒng)中的電能各項參數(shù)基波、諧波分量提供了可能；可達(dá)到高精度、三相電能計量IC的功能，還適合測量各種三線、四線的三相基波、諧波參數(shù)和波形。
文檔編號G01R22/10GK103018550SQ20121052675
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者陳繼軍, 劉智棟 申請人:樂山晟嘉電氣有限公司