多功能电量测试仪的设计

《多功能电量测试仪的设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、多功能电量测试仪的设计一、电源系统设计1.系统硬件框图变压器220V交流电5V电压三端稳压器电容滤波器桥式整流电源电路为电量变送器的各个芯片和元件提供正常的工作电源，本次设计所选元件的工作电源皆为+5V。电源电路即为一个将220V交流电转变为5V直流电的电路装置。电源电路的输入端为三相中的某一相，通过变压器变为9V的交流电压。三端稳压器是一种集成电路元件，内部由一些三极管和电阻等构成，在分析电路时可简单的认为这是一个能自动调节电阻的元件，当负载电流大时三端稳压器内的电阻自动变小，而当负载电流变小时三端稳压器内的电阻又会自动变大，这样就能保持稳压器的输出电压保持基本不变。电子产品中，常见的三

2、端稳压集成电路有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列。在本次课程设计中，选用7805三端稳压集成电路，顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。与此同时，在三端变压器使用时，还应当注意与后续电路搭配，在该设计中，在LM7805后面加了一个电容，该电容可以起到滤波的作用。系统电源电路原理图如下：2、电参量测量算法设计2.1采样测量方法利用采样计算电能的测量技术，是随着计算机技术的发展而发展起来的。它是建立在数值分析的基础上，通过放大器和A/D转换器，对连续变化的模拟信号进行离散化，用数字量代替模拟量进行运算，测量交流信号电流、电

3、压等的新方法。而采样计算式测量方法又分为直流采样法和交流采样法两种。2.2交流采样的算法分析本课题设计的是一种智能电量变送器，所选单片机、A/D转换器及其它配件均具有较高的处理速度与处理精度。所以，本设计采用的采样方式为交流采样。由于该智能电量变送器测量的对象是电网的各电量参数，为了简化设备和软件，默认采集信号的周期为电网的频率0.02s。所以可近似的认为所用的采样方法为交流同步采样。交流采样法是直接对经过装置内部小电流互感器、小电压互感器转换后形成的交流电压信号进行采样、保持和A/D转换，然后在软件中通过各种算法计算出所需的电量。交流采样的应用范围非常广泛，根据应用场合不同，其算法也有很

4、多种，按照其模型函数，大致可分为正弦模型算法和非正弦周期模型算法。2.2.1正弦函数模型算法电力系统中的电压与电流的波形都非常接近正弦波，所以，可以用研究正弦波的方法来研究电力系统中的电压、电流。利用三角函数的特点，可以快速简单的计算出所需的电量参数。下面列出几种正弦函数模型的简单算法：1、最大值算法如果测量的正弦量为纯交流量，则可以通过采集最大值的方法来求出有效值。设则（1）同理（2）式中、分别表示同步采样得到的电压、电流最大值。1、单点算法如果是三相对称的正弦信号，可以在某一时刻同时对三相线电流和线电压进行采集。这样，就可以算出各线电压，线电流的有效值，还有各相的有功和无功功率，采样时

5、刻可以是任一时刻。设在某一时刻t,对三相进行采集得到的各线电压分别是、、。又有所以得（3）同理（4）又有得（5）由得（6）1、半周期积分法正弦函数具有在任意半个周期内绝对值的积分都是一个常数的特点，利用这个特点可以构成半周积分算法。设，则把积分离散化，有所以：（7）其中：N为半周期的采样点数同理：（8）2、两点乘积算法相差为π/2角度的两点互为正余弦，利用这一特点可构成两点乘积算法，即对正弦电压、电流相差90°采两组值。设所采的两组值分别为：所以：（9）同理：（10）可推导出：（11）（12）2.2.2非正弦函数模型算法在实际的电力系统中，由于存在的各种不对称的因素和干扰，电流和电压的波形

6、并不一定是理想的正弦波形。可能存在着多次谐波，在故障时还有可能产生衰减直流分量。此时，便不能将其简单的认为是正弦函数，而是假设它们为包含着各种分量的周期函数。下面简单介绍非正弦函数模型的几种算法：1、均方根算法设，离散化得到：（13）N为每周期等间隔采样次数，为第k次采样值，由采样定理可知，这种算法可计至第次谐波。同理：（14）由离散化：（15）（16）2、全周期傅氏算法傅氏算法的基本思路是来自于傅立叶级数，它本身具有滤波作用。傅氏算法假定被采样的模拟信号是个周期性的时间函数，除了基波之外，它还含有不衰减的直流分量与各次谐波，可表示为：式中n为自然数，为基波频率；和分别为各次谐波正弦项、余

7、弦项的幅值。比较特殊的有:表示直流分量；与为基波分量正弦和余弦的幅值。根据傅立叶级数的原理，求出和的表达式为：所以中的n次谐波分量可以表示为：合并正余弦项，写为于是，可得到由此可求出n次谐波分量的有效值为其中、可以用梯形积分的方法近似的求出对于基波分量为：（17）（18）（19）由此可以看出，在具有恒定的直流分量周期信号中，全周期傅氏算法本身能够较好地滤掉恒定直流分量与其它整数倍的谐波分量。2.3微机电量变送器算法前面介