CN103575973A - 测量功率因数的系统以及采用该系统的归一积分方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量功率因数的系统以及采用该系统的积分方法。本发明的测量功率因数的系统，包括从U端正极输入正弦电压，经电阻Ru和电阻R0分压作为电压信号，电压信号分为三路：第一路电压信号通过电阻R10连接比较放大器A1的负输入极，比较放大器A1的输出级连接电子开关K_U；第二路电压信号依次通过电阻R1、电阻R2连接比例积分放大器A3的负输入端，第三路电压信号依次通过电阻R3、电阻R4连接比例积分放大器A4的负输入端，本发明获得高精度、稳定的测量结果，如果缩短电流信号的采样宽度，还可以消除某一指定谐波。

Description

测量功率因数的系统以及采用该系统的归一积分方法

技术领域

本发明涉及一种测量功率因数的系统以及采用该系统的积分方法。

背景技术

现有技术中，功率因素测量一般有二种方法，一种用电动式仪表测验，这种方法只能直读不能变成电信号进行控制；另一种是首先测量出电流和电压之间的相位，然后用单片机计算出功率因数值。这种方法能够用来控制，但易于受到电压杂波和高次谐波的影响，不能获得高精度的测量。

发明内容

本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种测量功率因数的系统，其结构简单、成本低、实现容易。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其包括从U端正极输入正弦电压，经电阻Ru和电阻R0分压作为电压信号，电压信号分为三路：

第一路电压信号通过电阻R10连接比较放大器A1的负输入极，比较放大器A1的输出级连接电子开关K_U；

第二路电压信号依次通过电阻R1、电阻R2连接比例积分放大器A3的负输入端，比例积分放大器A3的负输入端分别连接电阻R5、电容C2，电阻R5、电容C2的另一端连接比例积分放大器A3输出端，比例积分放大器A3输出端连接无级电子电位器RW1，无级电子电位器RW1的中间滑动端连接误差放大器A5的正输入端，误差放大器A5的负输入端连接基准稳压管VE，基准稳压管VE、无级电子电位器RW1另一端、电子开关K_U、比较放大器A1、A3正输入端分别连接U端负极；

第三路电压信号依次通过电阻R3、电阻R4连接比例积分放大器A4的负输入端，电阻R3、电阻R4之间连接电子开关K_I，比例积分放大器A4的负输入端分别连接电阻R7、电容C3，电阻R7,电容C3的另一端连接比例积分放大器A4输出端，比例积分放大器A4输出端连接无级电子电位器RW2，无级电子电位器RW2的中间滑动端经电阻R6连接误差放大器A6的负输入端，误差放大器A6的负输入端与输出端之间通过电阻R8连接，无级电子电位器RW2另一端、放大器A6的正输入端、电子开关K_I分别连接U端负极；

电子开关K_I连接比较放大器A2的输出端，比较放大器A2的负输入端分别连接电容C1、电阻R1、电流互感T，电容C1另一端、电阻R1另一端、电流互感T另一端、比较放大器A2的正输入端的分别连接U端负极。

本发明的另一个目的是提供一种采用该系统的归一积分方法，其包括如下步骤：

（1）电压信号经比较放大器器A1驱动电子开关Ku，当电压信号为正值时，电子开关Ku关断，电压信号经电阻R1、电阻R2送入比例积分放大器A3，比例积分放大器A3的输出即为电压信号U0的0相位积分

$\mathrm{Uv}=\frac{\sqrt{2}*U*{\∫}_0^{\mathrm{\π}}\sin \mathrm{\ωt}}{2\mathrm{\π}}=\frac{\sqrt{2}*U}{\mathrm{\π}};$

当电压信号为负值时，电子开关导通，比例积分放大器A3输入为0；

（2）误差放大器A5输出端的作用就是控制电子无级电位器RW1的中间端的电位始终等于电压Ve，这时的分压比为k；

（3）输入电流经电流互感T在二次侧电阻上产生电流信号，经比较放大器器A2驱动电子开关K_I对电阻R0上的电压信号U0进行采样,当K_I关断时电阻R0上的电压经电阻R3、电阻R4送入比例积分放大器A4，当电子开关KI导通时电阻R0上的电压被短路，比例积分放大器A4的输出即为电压信号U0的φ相位积分：

$\mathrm{Ui}=\frac{\sqrt{2}*U*{\∫}_{\mathrm{\φ}}^{\mathrm{\π}+\mathrm{\φ}}\sin \mathrm{\ωt}}{2\mathrm{\π}}=\frac{\sqrt{2}*U*\mathrm{Cos\φ}}{\mathrm{\π}}$

其中：φ为电流和电压信号的相位差；

（4）由于比例积分放大器A4的输出端同无级电位器RW2相连，无级电位器RW2同无级电位器RW1同步运行，其分压比k完全相同，

且令

Uv*k＝Ve＝1

所以，电子无极电位器RW2中间输出端电压

Ui*k＝Uv*k*Cosφ＝Cosφ

                        ；

（5）误差放大器A6是一个反相器，误差放大器A6的输出就是电路的功率因素，当功率因素为1时，电压为Ve。

本发明对于电工测量中的功率因数测量提供了一种新的方法，它是用电流信号对正弦电压进行采样积分。得到正弦电压的余弦函数。然后，再对电压的余弦函数进行归一化处理。获得电路的功率因数值。由于采用积分方式，能有效的去除高次谐波的影响和各种电压杂波影响。获得高精度、稳定的测量结果，如果缩短电流信号的采样宽度，还可以消除某一指定谐波。

附图说明

图1为本发明的电路结构示意图；

图2为本发明图1中B1点电压波形示意图；

图3为本发明图1中B2点电压波形示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的测量功率因数的系统，包括从U端正极输入正弦电压，经电阻Ru和电阻R0分压作为电压信号，电压信号分为三路：

第一路电压信号通过电阻R10连接比较放大器A1的负输入极，比较放大器A1的输出级连接电子开关K_U；

第二路电压信号依次通过电阻R1、电阻R2连接比例积分放大器A3的负输入端，比例积分放大器A3的负输入端连接电阻R5、电容C2,电阻R5、电容C2的另一端连接比例积分放大器A3输出端，比例积分放大器A3输出端连接无级电子电位器RW1，无级电子电位器RW1的中间滑动端连接误差放大器A5的正输入端，误差放大器A5的负输入端连接基准稳压管VE，基准稳压管VE、无级电子电位器RW1另一端、电子开关K_U、比较放大器A1正输入端分别连接U端负极；

第三路电压信号依次通过电阻R3、电阻R4连接比例积分放大器A4的负输入端，电阻R3、电阻R4之间连接电子开关K_I，比例积分放大器A4的负输入端分别连接电阻R7、电容C3，电阻R7、电容C3的另一端连接比例积分放大器A4输出端，比例积分放大器A4输出端连接无级电子电位器RW2，无级电子电位器RW2的中间滑动端经电阻R6连接误差放大器A6的负输入端，误差放大器A6的负输入端与输出端之间通过电阻R8连接，误差放大器A6的正输入端、无级电子电位器RW2另一端、电子开关K_I分别连接U端负极；

无级电子电位器RW1、RW2的中间端同受A5输出端的控制。

电子开关K_I连接比较放大器A2的输出端，比较放大器A2的负输入端分别连接电容C1、电阻R1、电流互感T，电容C1另一端、电阻R1另一端、电流互感T另一端、比较放大器A2的正输入端的分别连接U端负极。

本发明的测量功率因数的系统包括正弦电压从U端输入经电阻RU和电阻R0分压作为电压信号，电压信号经比较放大器A1驱动电子开关Ku，当电压信号为正值时，电子开关Ku关断。电压信号经电阻R1、电阻R2送入比例积分放大器A3。比例积分放大器A3即为电压信号U0的0相位积分。

$\mathrm{Uv}=\frac{\sqrt{2}*U*{\∫}_0^{\mathrm{\π}}\sin \mathrm{\ωt}}{2\mathrm{\π}}=\frac{\sqrt{2}*U}{\mathrm{\π}}$

比例积分放大器A3输出端连接无级电子电位器RW1。无级电子电位器RW1的中间滑动端连接误差放大器A5的一个输入端，误差放大器A5的另一输入端连接基准稳压管VE。误差放大器A5输出端的作用就是控制电子无极电位器RW1的中间端的电位等于基准稳压管VE的电压Ve。这时的分压比为k。

输入电流经电流互感T在二次侧电阻上产生电流信号。（电容C1的作用是补偿互感器产生的相位移，同时也可以虑除电流脉冲干扰。）经比较放大器A2驱动电子开关K_I对R0上的电压信号U0进行采样。当电子开关K_I关断时R0上的电压经电阻R3、电阻R4送入比例积分放大器A4、误差放大器A6，当电子开关K_I导通时R0上的电压被短路。比例积分放大器A4的输出即为电压信号U0的φ相位积分。

$\mathrm{Ui}=\frac{\sqrt{2}*U*{\∫}_{\mathrm{\φ}}^{\mathrm{\π}+\mathrm{\φ}}\sin \mathrm{\ωt}}{2\mathrm{\π}}=\frac{\sqrt{2}*U*\mathrm{Cos\φ}}{\mathrm{\π}}$

其中：φ为电流和电压信号的相位差

如图2、图3所示，为B1、B2点电压波形示意图。

由于比例积分放大器A4的输出端同无级电位器RW2相连。无级电位器RW2同无级电位器RW1同步运行。其分压比k完全相同。

且令

Uv*k＝Ve＝1

所以，电子无极电位器RW2中间输出端电压

Ui*k＝Uv*k*Cosφ＝Cosφ

误差放大器A6是一个放大倍数为1的反向器，误差放大器A6的输出就是电路的功率因数，当功率因数为1时，基准稳压管VE的电压为Ve。

Claims (2)

1.一种测量功率因数的系统，其特征在于，包括从U端正极输入正弦电压，经电阻Ru和电阻R0分压作为电压信号，电压信号分为三路：

第一路电压信号通过电阻R10连接比较放大器A1的负输入极，比较放大器A1的输出级连接电子开关K_U；

第二路电压信号依次通过电阻R1、电阻R2连接比例积分放大器A3的负输入端，比例积分放大器A3的负输入端连接电阻R5、电容C2,电阻R5、电容C2的另一端连接比例积分放大器A3输出端，比例积分放大器A3输出端连接无级电子电位器RW1，无级电子电位器RW1的中间滑动端连接误差放大器A5的正输入端，误差放大器A5的负输入端连接基准稳压管VE，基准稳压管VE、无级电子电位器RW1另一端、电子开关K_U、比较放大器A1正输入端分别连接U端负极；

第三路电压信号依次通过电阻R3、电阻R4连接比例积分放大器A4的负输入端，电阻R3、电阻R4之间连接电子开关K_I，比例积分放大器A4的负输入端分别连接电阻R7、电容C3，电阻R7、电容C3的另一端连接比例积分放大器A4输出端，比例积分放大器A4输出端连接无级电子电位器RW2，无级电子电位器RW2的中间滑动端经电阻R6连接误差放大器A6的负输入端，误差放大器A6的负输入端与输出端之间通过电阻R8连接，误差放大器A6的正输入端、无级电子电位器RW2另一端、电子开关K_I分别连接U端负极；

无级电子电位器RW1、RW2的中间端同受A5输出端的控制。

电子开关K_I连接比较放大器A2的输出端，比较放大器A2的负输入端分别连接电容C1、电阻R1、电流互感T，电容C1另一端、电阻R1另一端、电流互感T另一端、比较放大器A2的正输入端的分别连接U端负极。

2.一种采用权利要求1所述系统的归一积分方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）电压信号经比较放大器器A1驱动电子开关Ku，当电压信号为正值时，电子开关Ku关断，电压信号经电阻R1、电阻R2送入比例积分放大器A3，比例积分放大器A3的输出即为电压信号U0的0相位积分

$\mathrm{Uv}=\frac{\sqrt{2}*U*{\∫}_0^{\mathrm{\π}}\sin \mathrm{\ωt}}{2\mathrm{\π}}=\frac{\sqrt{2}*U}{\mathrm{\π}};$

当电压信号为负值时，电子开关导通，比例积分放大器A1输入被短路，输入信号为0；

（2）误差放大器A5输出端的作用就是控制电子无级电位器RW1的中间端的电位始终等于电压Ve，这时的分压比为k；

（3）输入电流经电流互感T在二次侧电阻上产生电流信号，经比较放大器器A2驱动电子开关K_I对电阻R0上的电压信号U0进行采样,当电子开关K_I关断时电阻R0上的电压经电阻R3、电阻R4送入比例积分放大器A4，当电子开关K_I导通时电阻R0上的电压被短路，比例积分放大器A4的输出即为电压信号U0的φ相位积分：

$\mathrm{Ui}=\frac{\sqrt{2}*U*{\∫}_{\mathrm{\φ}}^{\mathrm{\π}+\mathrm{\φ}}\sin \mathrm{\ωt}}{2\mathrm{\π}}=\frac{\sqrt{2}*U*\mathrm{Cos\φ}}{\mathrm{\π}}$

其中：φ为电流和电压信号的相位差；

（4）由于比例积分放大器A4的输出端同无级电位器RW2相连，无级电位器RW2同无级电位器RW1同步运行，其分压比k完全相同，

且令

Uv*k＝Ve＝1

所以，电子无极电位器RW2中间输出端电压

Ui*k＝Uv*k*Cosφ＝Cosφ

                        ；

（5）误差放大器A6是一个反相器，误差放大器A6的输出就是电路的功率因数，当功率因数为1时，基准稳压管VE的电压为Ve。

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