CN103575973B - 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
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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KU;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
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KU;
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KU、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KI,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KI分别连接U端负极;
电子开关KI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
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A2驱动电子开关KI对电阻R0上的电压信号U0进行采样,当KI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:
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KU;
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KU、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KI,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KI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KI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。
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KI对R0上的电压信号U0进行采样。当电子开关KI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KI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。
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。
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KU;
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KU、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KI,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KI分别连接U端负极;无级电子电位器RW1,RW2的中间端同受误差放大器A5输出端的控制;
电子开关KI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
其中,Uv为输入电压在0相位的电压取样信号平均值,t为时间,U为输入电压有效值,Ui为输入电压在φ相位的电流取样信号平均值,k为电子电位器分压比;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基准稳压管VE的电压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A2驱动电子开关KI对电阻R0上的电压信号U0进行采样,当电子开关KI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:
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,此时1代表功率因数为1时的电压;
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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