一種三相諧波源的製作方法
2024-02-04 18:01:15
專利名稱：一種三相諧波源的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種三相諧波源。
背景技術：
諧波電能表檢定裝置，是電力電能計量和測量領域不可或缺的設備。由於近年來， 世界工業化的迅猛發展，電子電力設備廣泛應用，非線性負荷在電力系統中佔有量逐年增加，電力系統電能質量問題日益嚴重。因此，國家電網加強了對諧波的治理和監管，並推出 《國家電網公司電網電能質量技術監督規定》等一系列標準和政策。雖然，全國實力強勁的電能表生產廠家已陸續推出諧波電能表，但是，溯源工作無法展開，其關鍵在於市場上沒有一款完全符合國家規程要求的諧波電能表檢定裝置，而真正的技術難點在於三相數字諧波源。
電能表檢定裝置發展至今，已經走了漫漫20年。數位訊號源的出現，使電能表檢定裝置進入了一個質的飛躍，那就是電工式走向了電子式，後來發展到程控式，乃至現在的智能式。但是智能式並不完善，一般均達不到諧波源動態電能的要求。一 .基於ROM的數位訊號源系統。這是第一代數位訊號源系統，波形信號存放在 ROM之中，其框圖見圖1
這種形式，輸出幅值通過CPU控制D/A轉換器B實現；輸出波形，通過CPU控制掃描電路「讀」ROM而實現。正弦波形量化點(數據表格)存放在ROM單元中。其優點是簡單、可靠， 抗幹擾好。缺點是功能單一，指標低，在早期，仍不失為一種較好的信號源模式。但是，隨著國家規程的提高，信號源的失真度要求更低，只能增加ROM單元容量， 同時相應增加掃描輸出線數量；信號源幅值調節細度要求更高，只能增加D/A轉換器位數， 10位到12位，甚至更高。這種形式硬體成本顯著增加，模塊面積也急劇增加，功能用到了極限。但使用還能滿足要求。二.由於國家規程對檢定裝置功率因素要求的進一步提高，尤其在三相無功時對相位平衡的要求更為細膩，早期模式已不適合裝置的要求。它主要體現在ROM單元的表格是固定的，硬體掃描電路又不具有靈活性，移相受到了限制。於是，新的信號源模式產生了， 見圖2:基於上位機(PC機)的數位訊號源系統。這是第二代數位訊號源系統。波形信號直接由上位機(主要是PC機)產生。產生的數字波形信號，通過通信接口傳送給微處理器，微處理器再把數據存放在可再寫的RAM中。輸出波形相當靈活，由於PC機運算能力極強，基本能滿足各種常規試驗的要求。但是，其缺點依然存在，它主要表現在1、通信速度緩慢，倘若要提高信號源精度，通信數據量將成倍增加；2、工作實時性能差，無法滿足規程要求的特殊電壓、電流試驗。三、從提高工作效率及系統實時性的要求兩方面考慮，並且為滿足諧波電能表動態電能的要求，基於DSP或FPGA的數位訊號源系統應運而生，這是第三代數位訊號源系統，它廣泛應用於較為先進的電能表檢定裝置之中，其工作框圖如圖3所示。數位訊號處理 (Digital Signal Processing，簡稱 DSP)和現場可編程門陣(Field Programmable Gate
3Array簡稱FPGA)，近年來發展迅速，均適合高速數據運算，它的運算能力不是單片機所能比擬的。在數位訊號源系統中，它可以實時運算，並迅速送出相應數據。產生正弦波形或諧波波形極為靈活，能滿足輸出各種試驗波形的要求。但是它依然存在不足的地方1.可靠性差。它的工作頻率很高，線路板布線要求很高，在工業應用場合，極易受到幹擾，使程序跑飛或溢出，這是致命的弱點。2.硬體成本高。高速DSP或FPGA價格昂貴，16位D/A轉換器價格也不菲，外接晶振價格也很高，穩定性是主要指標。3.在諧波電能表裝置中使用的話，如果要求輸出更多的諧波次數或更低的波形失真度，計算量都將顯著增加，速度依然會變慢。每次波形的改變，如移相，將重新計算輸出波形，工作效率逐漸下降。
發明內容
為了克服現有諧波源可靠性差、硬體成本較高、工作效率較低的不足，本發明提供一種可靠性高、硬體成本較低、工作效率較高的三相諧波源。本發明解決其技術問題的技術方案是一種三相諧波源，包括用於寫入波形數據的單片機，還包括雙埠並口 RAM，該雙埠並口 RAM具有數據輸入口、數據輸出口、地址輸入口、地址掃描口，所述雙埠並口 RAM的數據輸入口、地址輸入口與所述的單片機連接；
還包括用於控制輸出波形頻率的硬體時鐘、鎖相環模塊，所述的硬體時鐘與所述的鎖相環模塊連接，還包括用於對雙埠並口 RAM進行實時掃描的16位並口 CPLD計數掃描模塊，所述的16位並口 CPLD計數掃描模塊與所述的鎖相環模塊交互連接，所述的16位並口 CPLD計數掃描模塊還與所述的雙埠並口 RAM的地址掃描口連接；
還包括用於規定幅值的第一 8位並口數模轉換器、第二 8位並口數模轉換器，所述的第一 8位並口數模轉換器的數據口、第二 8位並口數模轉換器的數據口均與所述的單片機連接，所述的第一 8位並口數模轉換器的REF 口、第二 8位並口數模轉換器的REF 口與基準模塊的輸出連接；
還包括用於控制輸出波形的第三8位並口數模轉換器、第四8位並口數模轉換器，所述的第三8位並口數模轉換器、第四8位並口數模轉換器均與所述的雙埠並口 RAM的數據輸出口連接；
所述的第一 8位並口數模轉換器、第二 8位並口數模轉換器的輸出口與第一運放陣列連接，所述第一運放陣列的輸出端與所述第三8位並口數模轉換器、第四8位並口數模轉換器的REF 口連接，所述第三8位並口數模轉換器、第四8位並口數模轉換器的輸出端與第二運放陣列連接，所述第二運放陣列具有諧波輸出端。本發明的工作原理是單片機將波形數據通過數據輸入口及地址輸入口寫入雙埠並口 RAM內，建立波形表格，寫入的地址不同即可實現移相。單片機分別將幅值信號的高 8位、低8位傳送給第一 8位並口數模轉換器和第二 8位並口數模轉換器，第一 8位並口數模轉換器和第二 8位並口數模轉換器通過基準模塊計算輸出電壓，傳遞給第一運放陣列， 第一運放陣列通過比例累加，將輸出值傳遞給第三8位並口數模轉換器和第四8位並口數模轉換器的REF 口，從而規定輸出波形的幅值。單片機將輸出的波形數據寫入雙埠並口 RAM，雙埠並口 RAM通過16位並口 CPLD計數掃描模塊的實時掃描，將每一時刻點的數據寫入第三8位並口數模轉換器和第四8位並口數模轉換器，第三8位並口數模轉換器和第四8位並口數模轉換器通過自身的REF 口的基準電壓，計算輸出電壓，傳送給第二運放陣列，從而輸出需要的波形(相位)。通過改變硬體時鐘的輸出基準脈衝周期，控制鎖相環模塊的鎖相頻率。鎖相環模塊的高頻脈衝由16位並口 CPLD計數掃描模塊計數，達到設定值後，反饋給鎖相環模塊，從而達到鎖相功能。同時，16位並口 CPLD計數掃描模塊將高頻脈衝的每個計數值，以16位地址形式對雙埠並口 RAM進行實時掃描。改變硬體時鐘的輸出脈衝周期，就改變了 16位並口 CPLD計數掃描模塊的掃描頻率，從而達到了改變輸出波形頻率的作用。本發明的有益效果在於1以單片機為核心的系統，其工作條件能滿足工業環境的要求，抗幹擾能力強，不易溢出或崩潰，信號波形的輸出，以16位並口 CPLD計數掃描模塊掃描雙埠並口 RAM內部波形表格，穩定可靠。2.單片機的價格，明顯低於DSP的價格，購買方便；兩個8位並口數模轉換器通過運放陣列組成16位數模轉換器，8位並口數模轉換器價格低廉，技術成熟。3.各器件之間的數據交換全部採用並行接口，適應大數據流量，運行速度快、工作效率高。4.雙埠並口 RAM的實時數據寫入和更改能力，輔以單片機內微處理器的強勁功能，輸出靈活，實時性強。
圖1是現有的一種數位訊號源系統的原理圖。圖2是現有的另一種數位訊號源系統的原理圖。圖3是現有的另一種數位訊號源系統的原理圖。圖4是本發明的原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。參照圖4，一種三相諧波源，包括用於寫入波形數據的單片機1，還包括雙埠並口 RAM2，該雙埠並口 RAM2具有數據輸入口、數據輸出口、地址輸入口、地址掃描口，所述雙埠並口 RAM2的數據輸入口、地址輸入口與所述的單片機1連接；
還包括用於控制輸出波形頻率的硬體時鐘3、鎖相環模塊4，所述的硬體時鐘3與所述的鎖相環模塊4連接，還包括用於對雙埠並口 RAM2進行實時掃描的16位並口 CPLD計數掃描模塊5，所述的16位並口 CPLD計數掃描模塊5與所述的鎖相環模塊4交互連接，所述的16位並口 CPLD計數掃描模塊5還與所述的雙埠並口 RAM2的地址掃描口連接；
還包括用於規定幅值的第一 8位並口數模轉換器6、第二 8位並口數模轉換器7，所述的第一 8位並口數模轉換器6的數據口、第二 8位並口數模轉換器7的數據口均與所述的單片機1連接，所述的第一 8位並口數模轉換器6的REF 口、第二 8位並口數模轉換器7的 REF 口與基準模塊8的輸出連接；
還包括用於控制輸出波形的第三8位並口數模轉換器9、第四8位並口數模轉換器10， 所述的第三8位並口數模轉換器9、第四8位並口數模轉換器10均與所述的雙埠並口 RAM2的數據輸出口連接；
所述的第一 8位並口數模轉換器6、第二 8位並口數模轉換器7的輸出口與第一運放陣列11連接，所述第一運放陣列11的輸出端與所述第三8位並口數模轉換器9、第四8位並口數模轉換器10的REF 口連接，所述第三8位並口數模轉換器9、第四8位並口數模轉換器 10的輸出端與第二運放陣列12連接，所述第二運放陣列12具有諧波輸出端。本發明的工作原理是單片機1將波形數據通過數據輸入口及地址輸入口寫入雙埠並口 RAM2內，建立波形表格，寫入的地址不同即可實現移相。單片機1分別將幅值信號的高8位、低8位傳送給第一 8位並口數模轉換器6和第二 8位並口數模轉換器7，第一 8位並口數模轉換器6和第二 8位並口數模轉換器7通過基準模塊8計算輸出電壓，傳遞給第一運放陣列11，第一運放陣列11通過比例累加，將輸出值傳遞給第三8位並口數模轉換器9和第四8位並口數模轉換器10的REF 口，從而規定輸出波形的幅值。單片機1將輸出的波形數據寫入雙埠並口 RAM2，雙埠並口 RAM2通過16位並口 CPLD計數掃描模塊5的實時掃描，將每一時刻點的數據寫入第三8位並口數模轉換器9 和第四8位並口數模轉換器10，第三8位並口數模轉換器9和第四8位並口數模轉換器10 通過自身的REF 口的基準電壓，計算輸出電壓，傳送給第二運放陣列12，從而輸出需要的波形(相位)。通過改變硬體時鐘3的輸出基準脈衝周期，控制鎖相環模塊4的鎖相頻率。鎖相環模塊4的高頻脈衝由16位並口 CPLD計數掃描模塊5計數，達到設定值後，反饋給鎖相環模塊4，從而達到鎖相功能。同時，16位並口 CPLD計數掃描模塊5將高頻脈衝的每個計數值，以16位地址形式對雙埠並口 RAM2進行實時掃描。改變硬體時鐘3的輸出脈衝周期， 就改變了 16位並口 CPLD計數掃描模塊5的掃描頻率，從而達到了改變輸出波形頻率的作用。
權利要求
1. 一種三相諧波源，其特徵在於包括用於產生波形數據的單片機，還包括雙埠並口 RAM，該雙埠並口 RAM具有數據輸入口、數據輸出口、地址輸入口、地址掃描口，所述雙埠並口 RAM的數據輸入口、地址輸入口與所述的單片機連接；還包括用於控制輸出波形頻率的硬體時鐘、鎖相環模塊，所述的硬體時鐘與所述的鎖相環模塊連接，還包括用於對雙埠並口 RAM進行實時掃描的16位並口 CPLD計數掃描模塊，所述的16位並口 CPLD計數掃描模塊與所述的鎖相環模塊交互連接，所述的16位並口 CPLD計數掃描模塊還與所述的雙埠並口 RAM的地址掃描口連接；還包括用於規定幅值的第一 8位並口數模轉換器、第二 8位並口數模轉換器，所述的第一 8位並口數模轉換器的數據口、第二 8位並口數模轉換器的數據口均與所述的單片機連接，所述的第一 8位並口數模轉換器的REF 口、第二 8位並口數模轉換器的REF 口與基準模塊的輸出連接；還包括用於控制輸出波形的第三8位並口數模轉換器、第四8位並口數模轉換器，所述的第三8位並口數模轉換器、第四8位並口數模轉換器均與所述的雙埠並口 RAM的數據輸出口連接；所述的第一 8位並口數模轉換器、第二 8位並口數模轉換器的輸出口與第一運放陣列連接，所述第一運放陣列的輸出端與所述第三8位並口數模轉換器、第四8位並口數模轉換器的REF 口連接，所述第三8位並口數模轉換器、第四8位並口數模轉換器的輸出端與第二運放陣列連接，所述第二運放陣列具有諧波輸出端。
全文摘要
一種三相諧波源，包括用於寫入波形數據的單片機、與其連接的雙埠並口RAM；還包括用於控制頻率的硬體時鐘、鎖相環模塊、用於對雙埠並口RAM進行實時掃描的16位並口CPLD計數掃描模塊、用於規定幅值的第一8、第二8位並口數模轉換器，其均與高速單片機連接，還包括用於控制輸出波形的第三、第四8位並口數模轉換器，其均與雙埠並口RAM連接；第一、第二8位並口數模轉換器的輸出口與第一運放陣列連接，第一運放陣列的輸出端與第三、第四8位並口數模轉換器的REF口連接，第三、第四8位並口數模轉換器的輸出端與第二運放陣列連接，第二運放陣列具有諧波輸出端。本發明的三相諧波源靠性高、硬體成本較低、工作效率較高。
文檔編號G01R35/04GK102426345SQ201110262138
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月6日 優先權日2011年9月6日
發明者吳偉宗 申請人:寧波偉吉電力科技有限公司