專利名稱：用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號(hào)發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于方波信號(hào)發(fā)生器領(lǐng)域，尤其是一種用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號(hào)發(fā)生器。
背景技術(shù)：
中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)，又稱諧振接地電網(wǎng)。當(dāng)諧振接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，消弧線圈提供一電感電流，可補(bǔ)償諧振接地電網(wǎng)三相傳輸線對地電容產(chǎn)生的電流，使接地殘流減小，并使故障相接地電弧兩端的電壓迅速降低，從而使電弧易于自熄。在測量諧振接地電網(wǎng)的諧振頻率時(shí)，需要用到大功率的方波信號(hào)發(fā)生裝置來進(jìn)行掃頻，然而現(xiàn)有的信號(hào)源發(fā)出的信號(hào)比較微弱，而且其頻率范圍受到裝置內(nèi)元器件的限制，給諧振頻率的測量帶來了困難，甚至?xí)a(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)而影響電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種信號(hào)功率大、抗干擾能力強(qiáng)且可靠性高的用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號(hào)發(fā)生器。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號(hào)發(fā)生器，包括單片機(jī)控制模塊、電源模塊和方波信號(hào)發(fā)生模塊，電源模塊的輸入端與220V交流電源相連接,其輸出端分別與單片機(jī)控制模塊及方波信號(hào)發(fā)生模塊相連接分別為其供電，單片機(jī)控制模塊與方波信號(hào)發(fā)生模塊相連接，該方波信號(hào)發(fā)生模塊由四個(gè)反相器、四個(gè)光電耦合、四個(gè)驅(qū)動(dòng)電路和四個(gè)IGBT及其輔助電路連接構(gòu)成，四個(gè)反相器與單片機(jī)的四個(gè)I/O接口相連接用于隔離高電壓信號(hào)，四個(gè)IGBT管及其輔助電路在單片機(jī)控制模塊的控制下分成兩組定時(shí)導(dǎo)通和截止從而輸出方波信號(hào)。而且，所述的單片機(jī)控制模塊還連接一手動(dòng)調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)節(jié)輸出方波信號(hào)的幅值、頻率和占空比。而且，所述的單片機(jī)控制模塊還連接一顯示模塊用于顯示方波信號(hào)的幅值、頻率或占空比。而且，所述的單片機(jī)控制模塊包括單片機(jī)AT89C51芯片、外圍電路和A/D轉(zhuǎn)換器。而且，所述的電源模塊包括電壓可調(diào)電源模塊和5V電源模塊，該電壓可調(diào)電源由自耦變壓器、橋式整流電路及RC電路連接構(gòu)成并為方波信號(hào)發(fā)生模塊供電；所述的5V電源模塊由變壓器及整流穩(wěn)壓單元連接構(gòu)成并為單片機(jī)控制模塊供電。而且，所述的顯示輸出模塊由六個(gè)八段數(shù)碼管構(gòu)成。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本實(shí)用新型采用適用于高頻電路的IGBT管作為開關(guān)器件并通過手動(dòng)調(diào)節(jié)模塊對輸出的頻率、占空比及電壓幅值進(jìn)行調(diào)節(jié)并通過顯示模塊進(jìn)行顯示，克服現(xiàn)有方波信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)能量弱的缺點(diǎn)，在單片機(jī)與光耦之間設(shè)置反相器，增強(qiáng)了電路的抗干擾能力，具有信號(hào)功率大、頻率及電壓幅值調(diào)節(jié)范圍寬且可手動(dòng)調(diào)節(jié)、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，可廣泛用于電力系統(tǒng)諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量中。

圖1是本實(shí)用新型的電路方框圖；圖2是本實(shí)用新型的電源模塊和方波信號(hào)發(fā)生模塊電路圖；圖3是本實(shí)用新型的單片機(jī)控制模塊及顯示模塊電路圖；圖4是本實(shí)用新型的單片機(jī)程序處理流程 圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳述。一種用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號(hào)發(fā)生器，如圖1所示，包括單片機(jī)控制模塊、電源模塊、方波信號(hào)發(fā)生模塊、手動(dòng)調(diào)節(jié)模塊和顯示模塊，電源模塊的輸入端與220V交流電源相連接，其輸出端分別與單片機(jī)控制模塊及方波信號(hào)發(fā)生模塊相連接分別為其供電，該單片機(jī)控制模塊包括單片機(jī)AT89C51芯片及與其相連接的外圍電路、A/D轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)控制模塊分別與方波信號(hào)發(fā)生模塊、顯示模塊相連接控制方波信號(hào)發(fā)生模塊輸出一定頻率的方波信號(hào)并通過顯示模塊進(jìn)行顯示，單片機(jī)控制模塊與手動(dòng)調(diào)節(jié)模塊相連接實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)方波輸出信號(hào)功能。如圖2所示，電源模塊包括電壓可調(diào)電源模塊和5V電源模塊，電源模塊外接220V交流電，一方面經(jīng)過自耦調(diào)壓器通過手動(dòng)旋鈕控制輸出方波電壓幅值的變化；另一方面經(jīng)變壓器和整流穩(wěn)壓單元產(chǎn)生5V直流電供給AT89C51單片機(jī)和MAX187使用。其中，電壓可調(diào)電源包括自耦變壓器、橋式整流電路及RC電路，該自耦變壓器的主邊與220交流電源相連接，其副邊通過橋式整流電路后，再通過RC電路獲得一個(gè)基本保持在50V 200V的直流電壓的方波信號(hào)發(fā)生電路供電，該直流電作為4個(gè)IGBT組成電路的電源，通過控制IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷輸出該電壓幅值的方波；5V電源由變壓器及整流穩(wěn)壓單元構(gòu)成，該變壓器的主邊與220交流電源相連接，其副邊通過整流穩(wěn)壓單元后輸出5V電源為單片機(jī)控制模塊供電。如圖2所示，方波信號(hào)發(fā)生模塊包括四個(gè)反相器、四個(gè)光電耦合、四個(gè)驅(qū)動(dòng)電路和四個(gè)IGBT及其輔助電路。四個(gè)反相器與單片機(jī)控制模塊中的單片機(jī)AT89C51的四個(gè)I/O接口(P1.1、Pl. 2、Pl. 3和Pl. 4)可以有效地隔離高電壓信號(hào)，起到保護(hù)單片機(jī)的作用。四個(gè)光電耦合提供了兩端電路的電氣隔離。由于IGBT綜合了 MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)，并且具有開關(guān)容量大、通態(tài)損耗低、開關(guān)損耗低、控制方便的優(yōu)點(diǎn)，因此選取IGBT作為開關(guān)器件，四個(gè)IGBT管及其輔助電路在AT89C51的控制下分成兩組定時(shí)導(dǎo)通和截止，圖中左上角和右下角的IGBT管及其輔助電路為一組，另外兩個(gè)IGBT管及其輔助電路為一組，當(dāng)其中一組IGBT管導(dǎo)通時(shí)另一組則截止，并由AT89C51控制使導(dǎo)通和截止的持續(xù)時(shí)間相等。其工作原理為Pl.1和Pl. 4發(fā)出信號(hào)控制IGBTl和IGBT4導(dǎo)通，在直流電壓E的作用下輸出端會(huì)獲得高電平E，且IGBTl和IGBT4導(dǎo)通時(shí)間記作tm ;通過單片機(jī)Pl. 2和Pl. 3發(fā)出信號(hào)控制IGBT2和IGBT3導(dǎo)通，在直流電壓E的作用下輸出端會(huì)獲得低電平-E，IGBT2和IGBT3導(dǎo)通時(shí)間記作
Iff，則獲得方波的周期為T=Uttjff，占空比為α = ~Τ在沒有調(diào)節(jié)占空比旋鈕的情況下，
5默認(rèn)輸出tm = toff即a =0. 5的方波。通過檢測到旋鈕的調(diào)節(jié)量，控制Pl.1 Pl. 4引腳最終得到所需頻率的波形。因?yàn)殡娏GBT的開關(guān)速度快，工作頻率高、功率大的優(yōu)點(diǎn)，可以產(chǎn)生出頻率可調(diào)范圍寬，功率大的方波信號(hào)，進(jìn)而應(yīng)用到諧振接地電網(wǎng)諧振頻率的測量中。手動(dòng)調(diào)節(jié)模塊包括一個(gè)波段開關(guān)和三個(gè)調(diào)節(jié)旋鈕。波段開關(guān)主要負(fù)責(zé)在顯示功能方面的調(diào)節(jié)，三個(gè)波段分別為頻率顯示檔、占空比顯示檔和幅值顯示檔。頻率和占空比的連續(xù)調(diào)節(jié)是通過旋鈕調(diào)節(jié)電位器實(shí)現(xiàn)的，電壓幅值的調(diào)節(jié)是通過旋鈕調(diào)節(jié)自耦變壓器實(shí)現(xiàn)的。調(diào)節(jié)頻率控制旋鈕可以改變電位器上獲得的電壓信號(hào)，這個(gè)電壓信號(hào)是一個(gè)模擬量，通過A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量后傳遞給單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)程序分析輸出控制信號(hào)，經(jīng)由反相器和光電耦合裝置構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路后控制4個(gè)IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，這樣便可以形成所需要的特定頻率的波形。同時(shí)，該頻率還可以用數(shù)碼管顯示出來。本裝置默認(rèn)輸出的是方波，如需其他占空比的方波，可通過轉(zhuǎn)動(dòng)占空比控制旋鈕改變。如圖3所示，單片機(jī)控制模塊通過Pl.1 Pl. 4引腳的輸出和顯示模塊進(jìn)行控制，該顯示模塊采用的是六個(gè)數(shù)碼管。調(diào)節(jié)頻率控制旋鈕時(shí)，電位器阻值的變化導(dǎo)致其端電壓 發(fā)生變化，假設(shè)電位器的調(diào)節(jié)精度為O.1V，經(jīng)MAX187轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的數(shù)字量后送給單片機(jī)的Pl. 5引腳，該引腳獲取信號(hào)后將數(shù)字量鎖存到寄存器中。單片機(jī)的晶振選擇10MHz，則它的振蕩周期為O.1 μ S，取每100個(gè)振蕩周期為一個(gè)單位，對應(yīng)電位器的O.1V，這樣，便可以將寄存器中的數(shù)字量轉(zhuǎn)化成時(shí)間，控制Pl.1 Pl. 4引腳的開通和關(guān)斷，達(dá)到通過旋鈕可以連續(xù)調(diào)節(jié)方波頻率的目的。通過6個(gè)數(shù)碼管可以實(shí)現(xiàn)顯示方波頻率、占空比和電壓幅值的目的。數(shù)碼管的段碼a，b, c, d, e, f, g, dp分別與單片機(jī)的P2. 7 P2. O相連，控制數(shù)碼管中顯示的字形；數(shù)碼管的位選通由6個(gè)PNP三極管控制，分別接到單片機(jī)的PO. 2 PO. 7端口上，程序中通過控制PO. 2 PO. 7端口的輸出電平就可以控制數(shù)碼管的顯示與關(guān)閉。如PO. 2輸出低電平時(shí)，三極管Tl導(dǎo)通，+5V電源加到第一個(gè)數(shù)碼管的COM端，那么第一個(gè)數(shù)碼管Dl就會(huì)顯示出相應(yīng)的數(shù)字，顯示的數(shù)字由單片機(jī)P2. 7 P2. O輸出段碼決定，當(dāng)PO. 2輸出高電平時(shí)，三極管Tl截止，數(shù)碼管DGl就不顯示，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管位的選通控制功能。單片機(jī)內(nèi)部的顯示處理流程如圖4所示。需要強(qiáng)調(diào)的是，本實(shí)用新型所述的實(shí)施例是說明性的，而不是限定性的，因此本實(shí)用新型包括并不限于具體實(shí)施方式
中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求1.一種用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號(hào)發(fā)生器，其特征在于包括單片機(jī)控制模塊、電源模塊和方波信號(hào)發(fā)生模塊，電源模塊的輸入端與220V交流電源相連接，其輸出端分別與單片機(jī)控制模塊及方波信號(hào)發(fā)生模塊相連接分別為其供電，單片機(jī)控制模塊與方波信號(hào)發(fā)生模塊相連接，該方波信號(hào)發(fā)生模塊由四個(gè)反相器、四個(gè)光電耦合、四個(gè)驅(qū)動(dòng)電路和四個(gè)IGBT及其輔助電路連接構(gòu)成，四個(gè)反相器與單片機(jī)的四個(gè)I/O接口相連接用于隔離高電壓信號(hào)，四個(gè)IGBT管及其輔助電路在單片機(jī)控制模塊的控制下分成兩組定時(shí)導(dǎo)通和截止從而輸出方波信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號(hào)發(fā)生器，其特征在于所述的單片機(jī)控制模塊還連接一手動(dòng)調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)節(jié)輸出方波信號(hào)的幅值、頻率和占空比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號(hào)發(fā)生器，其特征在于所述的單片機(jī)控制模塊還連接一顯示模塊用于顯示方波信號(hào)的幅值、頻率或占空比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號(hào)發(fā)生器，其特征在于所述的單片機(jī)控制模塊包括單片機(jī)AT89C51芯片、外圍電路和A/D轉(zhuǎn)換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號(hào)發(fā)生器，其特征在于所述的電源模塊包括電壓可調(diào)電源和5V電源模塊，該電壓可調(diào)電源由自耦變壓器、橋式整流電路及RC電路連接構(gòu)成并為方波信號(hào)發(fā)生模塊供電；所述的5V電源模塊由變壓器及整流穩(wěn)壓單元連接構(gòu)成并為單片機(jī)控制模塊供電。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號(hào)發(fā)生器，其特征在于所述的顯示模塊由六個(gè)八段數(shù)碼管構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號(hào)發(fā)生器，其技術(shù)特點(diǎn)是包括單片機(jī)控制模塊、電源模塊和方波信號(hào)發(fā)生模塊，電源模塊的輸入端與220V交流電源相連接，其輸出端分別與單片機(jī)控制模塊及方波信號(hào)發(fā)生模塊相連接分別為其供電，單片機(jī)控制模塊與方波信號(hào)發(fā)生模塊相連接控制其輸出一定頻率的方波信號(hào)，該方波信號(hào)發(fā)生模塊由四個(gè)反相器、四個(gè)光電耦合、四個(gè)驅(qū)動(dòng)電路和四個(gè)IGBT及其輔助電路連接構(gòu)成。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理，克服現(xiàn)有方波信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)能量弱的缺點(diǎn)，增強(qiáng)了電路的抗干擾能力，具有信號(hào)功率大、頻率及電壓幅值調(diào)節(jié)范圍寬且可手動(dòng)調(diào)節(jié)、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，可廣泛用于電力系統(tǒng)諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量中。
文檔編號(hào)G01R31/02GK202854185SQ20122046085
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者李聰利, 李玲玲, 李建偉, 段超穎, 張渭澎, 吉海濤 申請人:天津市電力公司, 國家電網(wǎng)公司