CN101762760B - 一种高速电力波形记录分析仪 - Google Patents

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张旭辉
李瑞桂
王晓璞
张绍娟
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Abstract

本发明公开了一种高速电力波形记录分析仪,主要由主控制模块、电压采集模块、电流采集模块、开关量监测及采集电路构成,提供8路电流、8路电压标准输入通道和16路开关量信号通道,对应16路模拟通道配4组扩展通道以适应不同输入方式的组合,采用USB接口与后台计算机相连。高速电力波形记录分析仪在数据采集控制分析程序的控制下工作,可采集相同或不同电压等级电网电压、电流波形及开关量状态,并将过限电压、电流波形及开关量状态自动上传至后台计算机。可广泛应用于电力系统过电压、过电流波形的记录与分析,同时适用于组合电器、大型变压器等设备的快速瞬态过电压检测,以及投切开关、电容器等电力设备对电力系统的影响实验。

Description

一种高速电力波形记录分析仪

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电力测量高速电力波形记录分析仪,特别涉及一种高速采集电力波形并予以记录和分析的高速电力波形记录分析仪,同时适用于组合电器(GIS)、大型变压器等设备的快速瞬态过电压、过电流检测,以及投切开关、电容器等电力设备对电力系统的影响实验。

背景技术

[0002] 在电力系统中,存在大量的感性和容性设备,当电网的运行状态改变时能量在系统中进行重新分配和交换,从而形成各种内部过电压;同时,由于雷电直接击中或感应到输电线路或设备上,而侵入电力系统中产生大气过电压。过电压的存在给配电网供电可靠性和安全运行造成了巨大的威胁。运行资料显示,电力系统中的过电压、过电流是引发各种事故的首要原因,因而要保证电力系统安全可靠的运行,对系统中出现的过电压、过电流的捕 捉和分析显得尤为重要。

[0003] 现有的电力系统过电压监测装置,如专利文献CN200510057043. 4公开的一种配电网过电压在线监测装置及方法中,包括高压分压器、信号预处理电路、触发电路、数据采集卡、工作电源、工业控制计算机以及连接高压分压器与信号预处理电路、触发电路的同轴电缆、连接信号预处理电路、触发电路与数据采集卡的信号电缆。中国专利文献CN200610095190.X公开的一种高压电网内外过电压综合在线监测装置及方法中,包括电压传感器、匹配及保护电路、信号预处理电路、触发电路、数据采集卡、工作电源、工业控制计算机等。这两种装置虽然实现了电力系统内部过电压和外部过电压的监测,但仍存在以下局限:一、功能单一,只能进行过电压信号监测,不能进行过电流波形和开关量状态的监测,从而无法实现对电力系统的综合分析和评价;二、触发方式单一,只有当信号超过设定值才开始触发采集数据,无法应用于信号突变但不超过设定值的情况;三、受采集卡采样率和采样深度的限制,不能采集时间短、变化快、频率高的信号和时间长、变化慢的信号。

发明内容

[0004] 本发明需要解决的技术问题是提供一种高速电力波形记录分析仪。它能够实现多通道、超高速、多种触发方式启动采集数据并予以记录和分析,对内外部过电压、过电流以及其他瞬变电压电流信号和开关量状态变化均能记录。

[0005] 为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:

[0006] 一种高速电力波形记录分析仪,包括主控制模块、电压采集模块、电流采集模块、开关量调理模块、电源模块以及接口电路,各模块通过接口电路连接起来。电压采集模块、电流采集模块和开关量调理模块实现电压、电流以及开关量信号的采集和存储,电压采集模块、电流采集模块和开关量调理模块通过接口电路与主控模块相连;主控模块控制电压采集模块、电流采集模块、开关量调理模块,使各采集模块之间实现同步控制、读写控制、开关量输入信号的存储和触发控制、GPS秒脉冲管理、触发时间管理控制、与后台计算机接口的控制;开关量调理模块对输入的开关量状态信号进行滤波、分压、隔离等处理后通过接口电路将信号送到主控制模块,完成对开关量输入状态的记录存储;电源模块通过接口电路给其他模块供电;高速电力波形记录分析仪通过USB接口与装有数据采集控制分析软件、用于控制高速电力波形记录分析仪自动或手动采集数据的后台计算机相连。电压采集模块、电流采集模块各为两块,主控制模块、开关量调理模块、电源模块各为一块。高速电力波形记录分析仪在数据采集控制分析软件的控制下完成自动或手动采集数据。

[0007] 本发明的主控制模块的结构为:

[0008] 所述主控制模块以单片机和FPGA(现场可编程门阵列)为控制核心,还包括SDRAM、与GPS天线连接的GPS模块、与单片机连接的USB接口 ;单片机和FPGA双向互连,单片机和GPS模块双向互连,GPS模块还与FPGA连接,FPGA与SDRAM双向互连,FPGA还连接

外触发接口信号。主控制模块实现GPS控制管理,开关量的采集、触发控制、存储以及电压电流采集模块的控制总线接口功能。

[0009] 本发明的电压采集模块的结构为:

[0010] 所述电压采集模块包括输入信号源选择电路、接收分压器信号的标准输入信号调理电路、接收来自扩展接口信号的扩展输入信号调理电路、自动校准电路和数据采集控制电路;数据采集控制电路主要包括连接接口电路的FPGA和模数转换器AD ;标准输入信号调理电路、扩展输入信号调理电路分别和输入信号源选择电路连接,标准输入信号调理电路对来自标准输入口的电压信号进行阻抗匹配、分压、滤波等处理;扩展输入信号调理电路对来自扩展输入口的电压信号进行阻抗匹配、分压等处理;输入信号源选择电路、标准输入信号调理电路、扩展输入信号调理电路还分别和FPGA连接,在FPGA的控制下完成标准输入信号或扩展输入信号的选择和切换;输入信号源选择电路与自动校准电路连接;自动校准电路通过模数转换器AD与FPGA连接,FPGA和自动校准电路之间还连接有数模转换器TLV5628和基准电压芯片,FPFA与接口电路连接。从FPGA输送到数模转换器的数字信号转换成模拟信号经自动校准电路将输入信号进行幅值调整和直流偏移调整,然后再经模数转换器进行AD转换后送入FPGA,最后经接口电路送入主控模块。数据采集控制电路以高性能FPGA和AD转换器为控制核心,完成与主控制模块的总线接口控制、采集模块之间的同步控制、存储器的读写控制、AD转换器的控制、校准参数的控制以及校准、DA转换器控制。

[0011] 本发明的标准输入信号调理电路的进一步具体结构为:

[0012] 所述标准输入信号调理电路包括电阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6,电容Cl、C2、C3、C4,

瞬态电压抑制器Tl,运算放大器Ul和高频信号继电器U2。连接分压器信号的BNC连接器Ql分别与电阻R1、R2和瞬态电压抑制器Tl连接,电阻Rl另一端连接到高频信号继电器U2的触点,电阻R2另一端与运算放大器Ul的反相输入端连接,瞬态电压抑制器Tl另一端接地;高频信号继电器U2的触点和地之间接有电容C1、C2、C3、C4 ;电容C1、C2并联后接在高频信号继电器U2的触点和地之间,电容C3、C4串联接于高频信号继电器U2的触点和地之间,高频继电器在这两种方式下切换;在运算放大器Ul的反相输入端与输出端之间连接电阻R3,运算放大器Ul的同相输入端经电阻R4接地;运算放大器Ul的输出端接电阻R5,电阻R5另一端与电阻R6串联后接地,对信号进行分压。

[0013] 本发明的扩展输入信号调理电路的进一步具体结构为:

[0014] 所述扩展输入信号调理电路包括运算放大器U3A、混装矩形连接器9W4和电阻R7、R8、R9,运算放大器U3A的同相输入端与输入扩展信号的混装矩形连接器9W4的同轴连接器接口连接,运算放大器U3A的同相输入端还连接有接地的电阻R9 ;运算放大器U3A的反相输入端直接与输出端相连组成电压跟随器;运算放大器U3A输出端连接电阻R8,电阻R8经电阻R7接地;混装矩形连接器9W4的5个普通接口分别输出+12V、-12V电源、地和两个控制信号,用于对外部扩展模块提供电源和控制信号。

[0015] 本发明的电流采集模块的结构为:

[0016] 所述电流采集模块包括输入信号源选择电路、接收电流互感器输出信号的电流电压转换调理电路、接收来自扩展接口的扩展输入信号调理电路、自动校准电路和数据采集控制电路;电流电压转换电路连接电流互感器等感应电流的设备,将电流信号转换为电压信号;数据采集控制电路主要包括FPGA和模数转换器AD ;电流电压转换调理电路、扩展输入信号调理电路分别和输入信号源选择电路连接,电流电压转换调理电路、扩展输入信号调理电路和输入信号源选择电路还分别和FPGA连接,由FPGA控制输入信号源选择电路完成标准输入信号或扩展输入信号的选择和切换;输入信号源选择电路与自动校准电路连 接;自动校准电路通过模数转换器与FPGA连接,FPGA和自动校准电路之间还连接有数模转换器和基准电压芯片;数模转换器将从FPGA输出的数字信号转换成模拟信号,模拟信号经自动校准电路进行幅值调整和直流偏移调整后,再经模数转换器进行模数转换送入FPGA,最后经接口电路送入主控制模块。

[0017] 本发明的电流电压转换调理电路的进一步具体结构为:

[0018] 所述电流电压转换调理电路主要包括磁传感器芯片CT1、运算放大器U6 ;磁传感器芯片CTl的I脚接3V电源,3、5、6、7、8脚接地;磁传感器芯片CTl 一路输出信号(2脚)经电阻R21送入运算放大器U6反相输入端,在运算放大器U6的反相输入端和输出端之间连接电阻R22;磁传感器芯片CTl另一路输出信号(4脚)经电阻R23送入运算放大器同相输入端,电阻R23和运算放大器U6的同相输入端之间经电阻R24接地;运算放大器U6输出端接有电阻R25,并经电阻R26接地。

[0019] 上述电流电压转换调理电路的进一步限定在于:

[0020] 所述磁传感器芯片采用巨磁电阻式电流传感器。通过感知被测电流流过时产生的磁场变化而改变巨磁电阻的阻值,得到与被测电流成一定线性关系的输出电压信号。

[0021] 本发明的自动校准电路的进一步具体结构为:

[0022] 所述自动校准电路主要包括可变增益放大器AD8337、运算放大器ADA4851-4,可变增益放大器AD8337的同相输入端接输入信号源选择电路的输出端,可变增益放大器AD8337的输出端接第三个运算放大器ADA4851-4同相输入端,第一个、第二个、第四个运算放大器ADA4851-4的输入端分别和基准电压芯片REF3120输出端连接,第二个、第四个运算放大器ADA4851-4的输入端还分别和电压采集模块的数模转换器的两路输出信号RERKREFl相连;第四个运算放大器ADA4851-4(U4D)通过对REFl和基准电压VREF进行变换,作为可变增益放大器AD8337的增益控制信号输入可变增益放大器U5 ;第二个运算放大器ADA4851-4(U4B)对数模转换器的一路输出信号RER)和基准电压芯片REF3120输出的基准电压VREF进行变换,作为直流偏移电压信号输入第三个运算放大器ADA4851-4 (U4C)的反相输入端;第三个运算放大器ADA4851-4(U4C)将直流偏移电压信号与可变增益放大器AD8337的输出信号合成,作为同相模拟输入信号INPlP输入数模转换器AD9229 ;第一个运算放大器ADA4851-4 (U4A)对基准电压芯片REF3120输出的基准电压进行变换,作为反相模拟输入信号INPlN输入数模转换器AD9229。

[0023] 上述电压采集模块和电流采集模块的进一步限定在于:

[0024] 电压采集模块和电流采集模块的信号输入接口采用标准输入+扩展输入的方式。电压采集模块和电流采集模块的数模转换器采用4通道并行采样数模转换器,同步采样率达50Msps,采集数据的输出采用LVDS (低压差分信号传输)技术。

[0025] 由于采用了上述技术方案,本发明取得的技术进步是:

[0026] 本发明对电力系统异常工况的早期预警和后期分析具有重要的指导意义,同时适用于组合电器(GIS)、大型变压器等设备的快速瞬态过电压检测,以及投切开关、电容器等电力设备对电力系统的影响实验。本高速电力波形记录分析仪可记录相同和不同电压等级母线电压、电流以及开关状态,判断电网中有无过电压、过电流发生及开关变位,并可根据用户设定参数记录过电压、过电流发生前后的实际变化过程及开关动作对母线电压的影 响。数据采集控制电路以高性能FPGA和AD转换器为控制核心,完成与主控制模块的总线接口控制、采集模块之间的同步控制、存储器的读写控制、AD转换器的控制、存储校准参数的控制以及校准DA转换器控制。

[0027] 本高速电力波形记录分析仪提供8路电流标准输入通道、8路电压标准输入通道和16路开关量信号通道,对应16路模拟通道配4组扩展通道以适应不同输入方式组合。高速电力波形记录分析仪具有自动校准功能,由自动校准电路的可变增益放大器和高速4运放结合DA转换器,实现幅值精密调整和直流偏移自动调整,在后台计算机软件控制下可方便实现。高速电力波形记录分析仪数据采样率O. 5Msps〜50Msps可调,既适用于记录短时、高频、变化快的雷击等外部过电压又适于记录时间长、频率低、变化慢的内部过电压、过电流以及其他电流电压或开关量的瞬变过程。

[0028] 电流采集采用巨磁电阻传感器,频带宽且取样电路与后端电路完全隔离,安全可靠。通过被测电流产生的磁场改变巨磁电阻的阻值,得到与被测电流成一定线性关系的输出电压信号。

[0029] 信号输入接口采用标准输入+扩展输入的方式。扩展输入配不同的外部转换模块不但可以实现不同的电压电流通道数量组合,还可以适应不同的电压电流信号幅度。输入信号源选择电路用于选择切换输入信号来自标准输入还是扩展输入;标准输入信号调理电路对来自标准输入口的电压信号进行阻抗匹配、分压、滤波等处理;扩展输入信号调理电路对来自扩展输入口的电压信号进行阻抗匹配、分压等处理。

附图说明

[0030] 图I是本发明的高速电力波形记录分析仪的组成部分及与电网和计算机连接的框图;

[0031] 其中,I、高压母线,2、电流互感器,3、高压分压器,4、高速电力波形记录分析仪,5、开关。

[0032] 图2是本发明的主控制模块框图;

[0033] 图3是本发明的电压采集模块框图;

[0034] 图4是本发明的标准输入信号调理电路;[0035] 图5是本发明的扩展输入信号调理电路;

[0036] 图6是本发明的自动校准电路;

[0037] 图7是本发明的电流采集模块框图;

[0038] 图8是本发明的电流电压转换调理电路;

[0039] 图9是本发明的软件组织结构图。

具体实施方式

[0040] 下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

[0041] 参照图I和图9,图9是本发明的控制软件流程结构图,图中表明了本发明各部分控制软件之间的流程关系。高压分压器3接在高压母线I上,高压母线的高压信号经高压分压器或电压互感器等设备分压后输入高速电力波形记录分析仪4 ;电流互感器2接在高压母线I上,其输出端接高速电力波形记录分析仪4 ;高速电力波形记录分析仪4通过USB接口和后台计算机相连,计算机内安装了数据采集控制分析程序。高速电力波形记录分析仪4包括电源模块、主控制模块、开关量调理模块、以及两个电压采集模块和两个电流采集模块,上述各模块通过接口电路连接。数据采集控制分析程序主要实现高速电力波形记录分析仪数据采集控制、人机交互、参数管理及采集波形显示等功能的控制,可对高速电力波形记录分析仪采集的电压、电流数据和开关量数据进行单独分析以及综合分析。USB固件程序主要实现高速电力波形记录分析仪通过USB接口与后台计算机通信、高速电力波形记录分析仪各部分间的协调控制、以及GPS接口控制管理等功能。

[0042] 主控制模块的原理及连接方式如图2所示。主控制模块以单片机CY7C68013A和FPGA (现场可编程门阵列模块,型号为EP2C5Q208)为控制核心,辅助USB接口、指示灯、外触发接口、SDRAM等其它外围电路及GPS模块,完成与后台计算机的USB接口功能、GPS控制管理、开关量的采集、触发控制、存储以及电压电流采集模块的控制总线接口功能。USB接口、指示灯、GPS模块与单片机相连,由单片机实现高速电力波形记录分析仪的USB接口与后台计算机的USB接口控制管理、处理GPS模块的串口信号,以及对高速电力波形记录分析仪指示灯的控制。GPS模块、单片机、外触发接口、SDRAM均与FPGA连接,由主控制FPGA程序实现时钟分频、看门狗、与单片机的总线接口控制、与电压电流采集模块之间的同步控制、SDRAM读写控制、开关量触发控制和数据存储、GPS模块秒脉冲管理等。单片机和FPGA还分别与接口电路相连。电流、电压采集模块中的FPGA程序主要完成触发控制、AD转换器LVDS接口控制、校准DA转换器的控制、SDRAM的读写控制等任务。

[0043] 上述的电压采集模块框图如图3所示。分压器信号和来自扩展接口的信号分别通过标准输入信号调理电路和扩展输入信号调理电路后进入输入信号源选择电路,FPGA控制输入信号源选择电路进行输入源选择;被选择的模拟输入信号经自动校准电路,通过模数转换器AD9229转换为数字信号后送入FPGA,然后经接口电路送入主控模块。数模转换器TLV5628配合自动校准电路并在软件控制下实现自动校准功能。TLV5628将FPGA送出的数字信号转换成模拟信号,传递给自动校准电路,通过与基准电压芯片REF3120输出的基准电压进行比较,实现对被选择的输入信号的幅值调整和直流偏移调整,然后再经模数转换器AD9299进行转换后送入FPGA,最后经接口电路总线送入主控模块。

[0044] 上述的标准输入信号调理电路如图4所示。标准输入信号调理电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6,电容Cl、C2、C3、C4,瞬态电压抑制器Tl,运算放大器Ul和高频信号继电器U2。连接分压器信号的BNC连接器Ql分别与电阻R1、R2和瞬态电压抑制器Tl连接,电阻Rl另一端连接高频信号继电器U2的触点,电阻R2另一端与运算放大器Ul的反相输入端连接,瞬态电压抑制器Tl另一端接地;电容C1、C2并联后接在高频信号继电器U2的触点和地之间,电容C3、C4串联接于高频信号继电器U2的触点和地之间,高频继电器在这两种方式下切换,完成10kV/35kV系统信号匹配。在运算放大器Ul的反相输入端与输出端之间连接电阻R3,运算放大器Ul的同相输入端经电阻R4接地;运算放大器Ul的输出端连接有电阻R5,电阻R5与电阻R6串联后接地,对信号进行分压。经标准输入电压信号调理电路调整后的信号送入输入信号源选择电路。

[0045] 上述的扩展输入信号调理电路如图5所示。扩展信号通过9W4混装矩形连接器的同轴连接器接口输入到运算放大器U3A的同相输入端,在运算放大器U3A的同相输入端与9W4混装矩形连接器之间连接有接地电阻R9 ;运算放大器的反相输入端直接与输出端相连组成电压跟随器;运算放大器输出端连接电阻R8,并经电阻R7接地,以对运算放大器的输出信号进行分压。运算放大器的输出信号送入输入信号源选择电路。9W4混装矩形连接器 的5个普通接口分别输出+12V、-12V电源、地和两个控制信号,用于对外部扩展模块提供电源和控制信号。

[0046] 上述的自动校准电路如图6所示。自动校准电路包括可变增益放大器U5 (其型号为 AD8337),四个运算放大器 U4A 〜U4D,排阻 RN1、RN2、RN3、RN4,电阻 R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20,电容 C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11。运算放大器的型号为 ADA4851-4。VINA是经输入信号源选择电路选择后的信号,VREF是由基准电压芯片REF3120输出的

2. 048V高精度基准电压,RERKREFl为数模转换器TLV5628 (8通道DA转换器)的两路输出信号;运算放大器U4D通过对REFl和基准电压VREF进行变换,作为可变增益放大器AD8337的增益控制信号输入可变增益放大器的增益控制引脚,运算放大器U4D与可变增益放大器AD8337的增益控制引脚之间还连接有电阻R15和接地的电容C11,在运算放大器U4D的输出端与反相输入端之间通过排阻RN2连接基准电压芯片并通过并联的电容C5、C6接地,运算放大器U4D同相输入端通过排阻RNl接REFl并接地。运算放大器U4B的同相输入端接地,反相输入端接电阻Rl2及VREF,并通过电阻Rl3与RER)连接,同时在运算放大器U4B反相输入端与输出端之间连接有电容C7和电阻R14 ;运算放大器U4B输出端和可变增益放大器AD8337的输出端通过排阻RN4接运算放大器U4C ;运算放大器U4C输出端与反相输入端连接后通过电阻RN20和电容C8形成模数转换器AD9229的同相输入信号INPlP ;运算放大器U4A的输出端与反相输入端连接后通过电阻RN19和电容C8形成模数转换器AD9229的反相输入信号INPlN ;电容C9、ClO接地,对信号INPlN和INPlP进行滤波。

[0047] 上述的电流采集模块框图如图7所示。电流采集模块包括输入信号源选择电路、接收电流互感器输出信号的电流电压转换调理电路、接收来自扩展接口的扩展输入信号调理电路、自动校准电路和数据采集控制电路;电流电压转换电路连接电流互感器等设备,将电流信号转换为电压信号;数据采集控制电路主要包括FPGA和模数转换器AD ;电流电压转换调理电路、扩展输入信号调理电路分别和输入信号源选择电路连接,电流电压转换调理电路、扩展输入信号调理电路和输入信号源选择电路还分别和FPGA连接,FPGA控制输入信号源选择电路进行输入源选择与切换。输入信号源选择电路与自动校准电路连接;自动校准电路通过模数转换器与FPGA连接,FPGA和自动校准电路之间还连接有数模转换器和基准电压芯片。数模转换器TLV5628配合自动校准电路并在软件控制下实现自动校准功能。TLV5628将FPGA送出的数字信号转换成模拟信号,传递给自动校准电路,通过与基准电压芯片REF3120输出的基准电压进行比较,实现对被选择的输入信号的幅值调整和直流偏移调整,然后再经模数转换器AD9299转换为数字信号后送入FPGA,最后经接口电路总线送入主控模块。

[0048] 上述的电流电压转换调理电路如图8所示。主要包括磁传感器芯片CTl和运算放大器U6。磁传感器芯片CTl的I脚接3V电源,3、5、6、7、8脚接地;磁传感器芯片CTl的2脚输出信号经电阻R21送入运算放大器U6反相输入端,运算放大器的反相输入端和输出端之间连接电阻R22 ;磁传感器芯片CTl的4脚输出信号经电阻R23送入运算放大器U6的同相输入端,运算放大器U6的同相输入端还接有接地的电阻R24 ;运算放大器U6的输出端连接电阻R25,并经R26接地,对电压信号进行分压。电流互感器信号从连接器QlA流入,QlB流出时产生磁场,磁场的大小和方向随电流大小和方向的改变而改变,从而改变磁传感器芯片CTl中巨磁电阻的阻值,进一步改变磁传感器芯片CTl的输出,得到与被测电流成一定 线性关系的输出电压信号,经运算放大器U6调整为单端输出信号。

Claims (7)

1. 一种高速电力波形记录分析仪,其特征在于:包括主控制模块、电压采集模块、电流采集模块、开关量调理模块、电源模块以及接口电路,各模块通过接口电路连接;电压采集模块、电流采集模块和开关量调理模块分别实现电压、电流以及开关量信号的采集和存储;主控制模块实现电压采集模块、电流采集模块和开关量调理模块之间的同步管理、触发控制管理、GPS秒脉冲管理、与后台计算机接口控制;电源模块通过接口电路给其它模块供电;高速电力波形记录分析仪通过USB接口与装有数据采集控制分析程序以控制高速电力波形记录分析仪自动或手动采集数据的后台计算机相连;所述主控制模块以单片机和FPGA为控制核心,还包括SDRAM、与GPS天线连接的GP S模块以及与单片机连接的USB接口 ;单片机和FPGA双向互连,单片机和GPS模块双向互连,GPS模块还与FPGA连接,FPGA与SDRAM双向互连,FPGA还连接外触发接口信号。
2.根据权利要求I所述的一种高速电力波形记录分析仪,其特征在于:所述电压采集模块包括输入信号源选择电路、接收分压器信号的标准输入信号调理电路、接收来自扩展接口信号的扩展输入信号调理电路、自动校准电路和数据采集控制电路;数据采集控制电路主要包括模数转换器和连接接口电路的FPGAl ;标准输入信号调理电路、扩展输入信号调理电路分别和输入信号源选择电路连接,输入信号源选择电路、标准输入信号调理电路、扩展输入信号调理电路还分别和FPGAl连接,由FPGAl控制输入信号源选择电路完成标准输入信号或扩展输入信号的选择和切换;输入信号源选择电路与自动校准电路连接;自动校准电路通过模数转换器与FPGAl连接,FPGAl和自动校准电路之间还连接有数模转换器和基准电压芯片;WFPGA1输送到数模转换器的数字信号转换成模拟信号经自动校准电路将输入信号进行幅值调整和直流偏移调整,然后再经模数转换器进行模数转换后送入FPGAl,最后经接口电路送入主控制模块。
3.根据权利要求2所述的一种高速电力波形记录分析仪,其特征在于:所述扩展输入信号调理电路包括运算放大器(U3A)、混装矩形连接器(9W4)和电阻R7、R8、R9,运算放大器(U3A)的同相输入端与输入扩展接口信号的混装矩形连接器(9W4)的同轴连接器接口连接,运算放大器(U3A)的同相输入端还连接有接地的电阻R9;运算放大器(U3A)的反相输入端直接与输出端相连组成电压跟随器;运算放大器(U3A)输出端连接电阻R8,电阻R8经电阻R7接地;混装矩形连接器(9W4)的五个普通接口分别输出+12V、-12V电源、地和两个控制信号,用于对外部扩展模块提供电源和控制信号。
4.根据权利要求I所述的一种高速电力波形记录分析仪,其特征在于:所述电流采集模块包括输入信号源选择电路、接收电流互感器输出信号的电流电压转换调理电路、接收来自扩展接口信号的扩展输入信号调理电路、自动校准电路和数据采集控制电路;电流电压转换调理电路连接感应电流的设备,将电流信号转换为电压信号;数据采集控制电路主要包括FPGA2和模数转换器;电流电压转换调理电路、扩展输入信号调理电路分别和输入信号源选择电路连接,电流电压转换调理电路、扩展输入信号调理电路和输入信号源选择电路还分别和FPGA2连接,由FPGA2控制输入信号源选择电路完成电流电压转换信号或扩展输入信号的选择和切换;输入信号源选择电路与自动校准电路连接;自动校准电路通过模数转换器与FPGA2连接,FPGA2和自动校准电路之间还连接有数模转换器和基准电压芯片;数模转换器将从FPGA2输出的数字信号转换成模拟信号,模拟信号经自动校准电路进行幅值调整和直流偏移调整后,再经模数转换器进行模数转换成数字信号送入FPGA2,最后经接口电路送入主控制模块。
5.根据权利要求4所述的一种高速电力波形记录分析仪,其特征在于:所述电流电压转换调理电路主要包括磁传感器芯片(CTl)、运算放大器(U6);磁传感器芯片(CTl) 一输出信号经电阻R21送入运算放大器(U6)反相输入端,磁传感器芯片(CTl)另一输出信号经电阻R23送入运算放大器同相输入端,电阻R23和运算放大器(U6)的同相输入端之间经电阻R24接地;在运算放大器(U6)的反相输入端和输出端之间连接电阻R22;运算放大器(U6)输出端电阻接有电阻R25,并经电阻R26接地。
6.根据权利要求5所述的一种高速电力波形记录分析仪,其特征在于:所述磁传感器芯片中采用巨磁电阻式电流传感器。
7.根据权利要求I所述的一种高速电力波形记录分析仪,其特征在于:电压采集模块和电流采集模块的信号输入接口采用标准输入和扩展输入相结合的方式。
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