一種功率因數、頻率組合變送器的製作方法
2023-05-27 19:16:56
專利名稱：一種功率因數、頻率組合變送器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種功率因數、頻率組合變送器，特別是指一種測量電網功率因數與頻率的電量變送器。
根據上述目的設計了一種功率因數、頻率組合變送器，其電路部分包括分別採集同相交流電壓和電流的兩條採樣電路、接受來自兩條採樣電路信號的計算電路和波形整形電路、輸出計量結果的調零、調幅電路，工作中採樣電路採集的信號經過零比較器後進入單片機U5，從U5輸出的信號經波形整形電路PWM後經二階濾波電路進入調零、調幅電路與輸出電路連接。
電壓採樣電路包括對採樣信號進行隔離的電壓互感器PT2，PT2輸出的信號經運算放大器U3A組成的過零比較器後得到輸入U5的電壓方波信號；電流採樣電路包括對採樣信號進行隔離的電流互感器CT1，CT1輸出的信號經運算放大器U3B組成的過零比較器後得到輸入U5的電流方波信號。其中，在電壓互感器PT2的輸出側設置有起鉗位作用以保護過零比較器的二極體D4、D5，在運算放大器U3A的輸出端設置有起限幅作用的穩壓管Z1；在電流互感器CT1的輸出側設置有起鉗位作用以保護過零比較器的二極體D6、D7，在運算放大器U3B的輸出端設置有起限幅作用的穩壓管Z2。
作為中央CPU的單片機U5還與向其提供基準的由電容組組成的振蕩源連接，另還與自動復位電路連接；自動復位電路包括兩端均連接在晶片U6上的二極體D1，U6的一隻腳直接與單片機連接，另一隻腳與電容C3、電阻R9連接後接入單片機，C3的另一端接電源，R9的另一端也與單片機連接。經單片機U5輸出的信號進入由電子開關晶片U9組成的PWM波形整形電路的兩個控制端，U9的兩個輸入口分別接地和標準電壓-2.5V，U9輸出的經反相的、幅值恆定為-2.5V的兩路矩形波信號進入兩個二階濾波電路。
來自U9的矩形波信號一路依次經電阻R6、電容C2、R5、C1及運算放大器U2A和與U2A並聯的R3後，轉變為表徵被測功率因數的直流電壓UCOSΦ進入調零、調幅電路；來自U9的另一路矩形波信號依次經電阻R7、電容C4、R8、C5及運算放大器U1A和與U1A並聯的R4後，轉變為表徵被測頻率的直流電壓Uf進入調零、調幅電路。經濾波的直流電壓UCOSΦ進入調零、調幅電路後輸入反相放大器U2B，並通過調零電位器RP2、調幅電位器RP1後輸出與輸入或採集的功率因數對應的標準電壓0～5V；直流電壓Uf進入調零、調幅電路後輸入反相放大器U1B，並通過調零電位器RP4、調幅電位器RP3後輸出對應於輸入頻率的標準電壓0～5V，一般情況下輸入或採集到的頻率為45～55Hz。其中，所述的調零電路包括電位器RP2、電阻R14、R16，該RP2與R14串聯後旁接R16接入U2B，或者調零電路包括可調電位器RP4、電阻R15、R17，該RP4與R15串聯後旁接R17接入U1B；所述的調幅電路包括電位器RP1或RP3。
本實用新型採用一改市售傳統產品的模擬指針式測量儀表的弊端，由於採用互感器隔離，使計量準確、精度高、可靠性高、抗幹擾性能好，且電路簡潔、工序工藝簡單、製造成本低。同時採用優化方式，將傳統的單機單測改為單機雙測，在可能的範圍內方便了用戶的使用和操作，也降低了綜合故障率。
參照附
圖1、2、3。被測電路的電壓、電流經過電壓互感器PT1、電流互感器CT1隔離後輸入到由運算放大器U3A、U3B組成的過零比較器中，經過零比較後得到電壓、電流兩個方波信號。其中，二極體D4、D5、D6、D7用作鉗位以保護過零比較器，穩壓二極體Z1、Z2用作限幅，使得到的方波信號與單片機U5相匹配。如附圖4所示，從單片機U5輸出的經脈寬調製的波形是兩個頻率固定、佔空比隨被測功率因數或頻率變化的交流波形，將這兩個交流波輸入到電子開關U9的兩個控制端，電子開關的兩個輸入口分別接地和標準-2.5V電壓，因此從電子開關U9輸出的就是經過反相的、幅值恆定為-2.5V的矩形波。如附圖5所示，經過濾波後的直流電壓UCOSφ、Uf分別輸入由運算放大器U2B、U1B構成的反相放大器，由於運放存在輸入失調電壓(即當運放的輸入為0時，輸出卻不為0)，所以在反相放大器的同相端加一調零電路，電路由可調電位器RP2、RP4，電阻R14、R16、R15、R17組成。電路的工作方式是當反相放大器的負輸入端為0時，調整電位器RP2、RP4，使反相放大器U2B、U1B的輸出為0。電位器RP1、RP3是調幅電位器，通過調整這兩個電位器可改變反相放大器的放大倍數。
整個工作過程如下。取自被測電路同一相的電壓、電流經過電壓互感器PT1、電流互感器CT1隔離後輸入到由運算放大器U3A、U3B組成的過零比較器中，經過零比較後得到電壓、電流兩個方波信號輸入到U5單片機的計數器0、計數器1。由電阻R9、電容C3、二極體D1和晶片U6組成的自動復位電路(看門狗)給U5提供自動復位功能。從U5輸出的經脈寬調製的波形經U9構成的整形電路得到反相的、幅值恆定為-2.5V的矩形波。矩形波輸入到由R6、R5、R3、C1、C2、U2A和R7、R8、C4、C5、R4、U1A組成的兩個二階濾波電路轉變為分別表徵被測功率因數和頻率的兩個直流電壓UCOSφ、Uf。直流電壓UCOSφ、Uf分別輸入由運放U2B、U1B構成的反相放大器，通過調整零電位器RP2、RP4，調幅電位器RP1、RP3就可得到標準的功率因數、頻率測量值。
權利要求1.一種功率因數、頻率組合變送器，電路部分包括分別採集同相交流電壓和電流的兩條採樣電路、接受來自兩條採樣電路信號的計算電路和波形整形電路、輸出計量結果的調零、調幅電路，其特徵是採樣電路採集的信號經過零比較器後進入單片機U5，從U5輸出的信號經波形整形電路PWM後經二階濾波電路進入調零、調幅電路與輸出電路連接。
2.根據權利要求1所述的變送器，其特徵是所述的電壓採樣電路包括對採樣信號進行隔離的電壓互感器PT2，PT2輸出的信號經運算放大器U3A組成的過零比較器後得到輸入U5的電壓方波信號；電流採樣電路包括對採樣信號進行隔離的電流互感器CT1，CT1輸出的信號經運算放大器U3B組成的過零比較器後得到輸入U5的電流方波信號。
3.根據權利要求2所述的變送器，其特徵是在電壓互感器PT2的輸出側設置有起鉗位作用以保護過零比較器的二極體D4、D5，在運算放大器U3A的輸出端設置有起限幅作用的穩壓管Z1；在電流互感器CT1的輸出側設置有起鉗位作用以保護過零比較器的二極體D6、D7，在運算放大器U3B的輸出端設置有起限幅作用的穩壓管Z2。
4.根據權利要求1所述的變送器，其特徵是單片機U5與向其提供基準的由電容組組成的振蕩源連接，還與自動復位電路連接；自動復位電路包括兩端均連接在晶片U6上的二極體D1，U6的一隻腳直接與U5連接，另一隻腳與電容C3、電阻R9連接後接入U5，C3的另一端接電源，R9的另一端也與U5連接。
5.根據權利要求1或4所述的變送器，其特徵是經單片機U5輸出的信號進入由電子開關晶片U9組成的PWM波形整形電路的兩個控制端，U9的兩個輸入口分別接地和標準電壓-2.5V，U9輸出的經反相的、幅值恆定為-2.5V的兩路矩形波信號進入兩個二階濾波電路。
6.根據權利要求5所述的變送器，其特徵是來自U9的矩形波信號一路依次經電阻R6、電容C2、R5、C1及運算放大器U2A和與U2A並聯的R3後，轉變為表徵被測功率因數的直流電壓UCOSφ進入調零、調幅電路；來自U9的另一路矩形波信號依次經電阻R7、電容C4、R8、C5及運算放大器U1A和與U1A並聯的R4後，轉變為表徵被測頻率的直流電壓Uf進入調零、調幅電路。
7.根據權利要求6所述的變送器，其特徵是經濾波的直流電壓UCOSφ進入調零、調幅電路後輸入反相放大器U2B，並通過調零電位器RP2、調幅電位器RP1後輸出與輸入的功率因數對應的標準電壓0～5V；直流電壓Uf進入調零、調幅電路後輸入反相放大器U1B，並通過調零電位器RP4、調幅電位器RP3後輸出對應於輸入頻率的標準電壓0～5V。
8.根據權利要求7所述的變送器，其特徵是所述的調零電路包括電位器RP2、電阻R14、R16，該RP2與R14串聯後旁接R16接入U2B；或者調零電路包括可調電位器RP4、電阻R15、R17，該RP4與R15串聯後旁接R17接入U1B。
9.根據權利要求7所述的變送器，其特徵是所述的調幅電路包括電位器RP1或RP3。
專利摘要一種功率因數、頻率組合變送器，其電路包括採集同相交流電壓和電流的兩條採樣電路、接受採樣信號的計算電路和波形整形電路、輸出計量結果的調零、調幅電路，採集的信號經過零比較器後進入單片機，從輸出的信號經波形整形電路後過二階濾波電路進入調零、調幅電路與輸出電路連接。本實用新型採用一改市售傳統產品的模擬指針式測量儀表的弊端，由於採用互感器隔離，使計量準確、精度高、可靠性高、抗幹擾性能好，且電路簡潔、工序工藝簡單、製造成本低。同時採用優化方式，將傳統的單機採單樣顯示改為單機採雙樣顯示，在可能的範圍內方便了用戶的使用和操作，還降低了綜合故障率。
文檔編號G01R23/02GK2543071SQ02227048
公開日2003年4月2日 申請日期2002年4月19日 優先權日2002年4月19日
發明者湯曉宇, 鄧大智, 李桂友 申請人:河源市雅達電子有限公司