CN104155551B - 一种电力器件噪声试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电力器件噪声试验装置，所述数字信号处理器分别与第一模拟信号处理器、第二模拟信号处理器、计算机相连接，所述第一限压保护部件的一端与第一模拟信号处理器相连接，另一端与功率放大器相连接，所述第二模拟信号处理器与电压/电流选择装置相连接，所述电压/电流选择装置与数字信号处理器相连接，所述限压限流保护装置一端与电压/电流选择装置相连接，另一端与传感器相连接，所述功率放大器、传感器分别与待测电力器件相连接。本发明具有能够共同产生多个分量，每次试验都能连续发生多次谐波，同时也能通过采集回来的噪声信号来对谐波进行监测，形成一个闭环控制的优点。

Description

一种电力器件噪声试验装置

技术领域

本发明提出了一种试验装置，尤其是涉及一种能够连续发生多次谐波测量电力器件噪声的电力器件噪声试验装置。

背景技术

电力电子设备越来越广泛地应用在工业和商业，许多非线性负荷在给人们的生产和生活带来便利的同时，会产生大量的谐波并注入到电网中，谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，也对周围的其他设备产生干扰。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部回路并联谐振或串联谐振，使局部回路中的电容器，电抗器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。这样就需要一种可以产生各种谐波的试验仪器，来模拟电网或者电力电子元器件所产生的谐波对电网及用电设备的污染。目前电力测试行业中的谐波控制发生器，功能较为简单，每次控制只能发生单次谐波，不能连续发生多次谐波，也就偏离了实际应用环境；同时在噪声采集分析过程中没有形成对谐波进行闭环控制，缺乏安全性与可靠性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种能够共同产生多个分量，每次试验都能连续发生多次谐波，同时也能通过采集回来的噪声信号来对谐波进行监测，形成一个闭环控制，能有效的将谐波控制在一个可控范围内，防止电力器件在试验损坏，提高了产品的可靠性的电力器件噪声试验装置。本发明提供的一种电力器件噪声试验装置，本发明采用的技术方案如下：

一种电力器件噪声试验装置，包括：计算机、数字信号处理器、第一模拟信号处理器、第一限压保护部件、功率放大器、传感器、限压限流保护装置、电压/电流选择装置和第二模拟信号处理器，数字信号处理器分别与第一模拟信号处理器、第二模拟信号处理器、计算机相连接，第一限压保护部件的一端与第一模拟信号处理器相连接，另一端与功率放大器相连接，第二模拟信号处理器与电压/电流选择装置相连接，且电压/电流选择装置与数字信号处理器相连接，限压限流保护装置一端与电压/电流选择装置相连接，另一端与传感器相连接，功率放大器、传感器分别与待测电力器件相连接。

进一步特征为数字信号处理器采用DSP+FPGA架构。

进一步特征为第一模拟信号处理器由DA芯片、第一IIC芯片、第一模拟开关、第一继电器和第一运放芯片组成，并且第一IIC芯片分别与FPGA、第一模拟开关、第一继电器相连接，DA芯片与数字信号处理器中的FPGA相连接，DA芯片、第一继电器、第一模拟开关、第一限压保护部件分别与第一运放芯片相连接。

进一步特征为限压限流保护装置由第二限压保护部件和限流保护部件组成，并且第二限压保护部件和限流保护部件相并联，第一限压保护部件、第二限压保护部件都由输入端子与TVS管相连接组成，限流保护部件采用自恢复电流保护管。

进一步特征为电压/电流选择装置为第三继电器，第三继电器分别与第二限压保护部件、限流保护部件相连接。

进一步特征为第二模拟信号处理器由AD芯片、第二IIC芯片、第二模拟开关、第二继电器和第二运放芯片组成，并且第二IIC芯片分别与FPGA、第二模拟开关、第二继电器相连接，AD芯片与数字信号处理器中的FPGA相连接，AD芯片、第二继电器、第二模拟开关、电压/电流选择装置分别与第二运放芯片相连接。

进一步特征为还包括第一高压隔离装置、第二高压隔离装置，第一高压隔离装置设置于第一模拟信号处理器、第一限压保护部件的外围，第二高压隔离装置设置于限压限流保护装置、电压/电流选择装置、第二模拟信号处理器的外围，第一高压隔离装置、第二高压隔离装置都包括：信号隔离部件和电源隔离部件，并且信号隔离部件和电源隔离部件相连接，信号隔离部件采用型号为ISO7240的隔离芯片，电源隔离部件采用型号为URD12D15的电源模块。

进一步特征为第一运放芯片和第二运放芯片的型号为OPA1612，第一继电器、第二继电器和第三继电器的型号为G6K，第一模拟开关和第二模拟开关的型号为DG419，第一IIC芯片和第二IIC芯片的型号为PCF8575，DA芯片的型号为CS4398，AD芯片的型号为CS5361。

本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1、本发明能够共同产生多个分量，每次试验都能连续发生多次谐波，同时也能通过采集回来的噪声信号来对谐波进行监测，形成一个闭环控制，能有效的将谐波控制在一个可控范围内，防止电力器件在试验损坏，提高了产品的可靠性。

2、本发明中的数字信号处理器采用了DSP+FPGA架构，此构架使得信号处理更加高效、控制更加精准。

3、本发明的第一模拟信号处理器和第二模拟信号处理器都采用了低噪声设计，包括运放芯片采用型号为OPA1612的低噪声芯片，以及低噪声电阻，通过多级增益控制、有源屏蔽及PCB包地处理等技术，有效的降低了通道的本底噪声，提高了信号的测量精度。

4、本发明具有第二限压保护部件、限压限流保护装置，当试验中有高压串入时能有效的保护设备及操作员安全。

5、本发明具有电压/电流选择装置，并且根据传感器的信号，由FPGA控制在电压测试与电流测试间切换，使得本发明不仅能采集电压信号，同时也能采集电流信号，增大了应用范围。

6、本发明具有第一高压隔离装置、第二高压隔离装置，将数字信号处理器、第一模拟信号处理器、第一限压保护部件、限压限流保护装置、电压/电流选择装置、第二模拟信号处理器分成的三个部分，从而防止了其中某一部分有高压窜入时烧坏其他部分，延长使用寿命，减低维修成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种电力器件噪声试验装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，一种电力器件噪声试验装置，包括：计算机1、数字信号处理器2、第一模拟信号处理器3、第一限压保护部件4、功率放大器5、传感器6、限压限流保护装置7、电压/电流选择装置8和第二模拟信号处理器9，数字信号处理器2分别与第一模拟信号处理器3、第二模拟信号处理器9、计算机1相连接，第一限压保护部件4的一端与第一模拟信号处理器3相连接，另一端与功率放大器5相连接，第二模拟信号处理器9与电压/电流选择装置8相连接，且电压/电流选择装置8与数字信号处理器2相连接，限压限流保护装置7一端与电压/电流选择装置8相连接，另一端与传感器6相连接，功率放大器5、传感器6分别与待测电力器件相连接。

本发明的优选方式为：数字信号处理器1采用DSP+FPGA架构，DSP型号为TMS320C6713GDP，FPGA型号为XC2S50E。

第一模拟信号处理器3由DA芯片301、第一IIC芯片302、第一模拟开关303、第一继电器304和第一运放芯片305组成，并且第一IIC芯片302分别与FPGA202、第一模拟开关303、第一继电器304相连接，DA芯片301与数字信号处理器2中的FPGA202相连接，DA芯片301、第一继电器304、第一模拟开关303、第一限压保护部件4分别与第一运放芯片305相连接。

限压限流保护装置7由第二限压保护部件701和限流保护部件702组成，并且第二限压保护部件701和限流保护部件702相并联，第一限压保护部件4、第二限压保护部件701的输入端子采用4mm大电流香蕉头，并在端口进行嵌位保护，采用峰值脉冲功率3000W，最大峰值电流150A的TVS管，型号SMDJ12CA，嵌位电压±12V，限流保护部件702采用自恢复电流保护管。

电压/电流选择装置8为第三继电器，第三继电器分别与第二限压保护部件701、限流保护部件702相连接。

第二模拟信号处理器9由AD芯片901、第二IIC芯片902、第二模拟开关903、第二继电器904和第二运放芯片905组成，并且第二IIC芯片905分别与FPGA202、第二模拟开关903、第二继电器904相连接，AD芯片901与数字信号处理器2中的FPGA202相连接，AD芯片901、第二继电器904、第二模拟开关903、电压/电流选择装置8分别与第二运放芯片905相连接。

本发明的电力器件噪声试验装置还包括图中未显示的第一高压隔离装置和第二高压隔离装置，第一高压隔离装置设置于第一模拟信号处理器3、第一限压保护部件4的外围，第二高压隔离装置设置于限压限流保护装置7、电压/电流选择装置8、第二模拟信号处理器9的外围，第一高压隔离装置、第二高压隔离装置都分别包括：信号隔离部件和电源隔离部件，并且信号隔离部件和电源隔离部件相连接，信号隔离部件采用型号为ISO7240的隔离芯片，电源隔离部件采用型号为URD12D15的电源模块。

第一运放芯片305和第二运放芯片905的型号为OPA1612，第一继电器304、第二继电器904和第三继电器的型号为G6K，第一模拟开关303和第二模拟开关903的型号为DG419，第一IIC芯片302和第二IIC芯片902的型号为PCF8575，DA芯片301的型号为CS4398，AD芯片901的型号为CS5361。

本实施例中，第一运放芯片305、第二运放芯片905分别包含多个运放芯片，构成了增益放大电路、滤波电路、AD/DC选择电路、单端/差分转换电路等。

本发明用于电力噪声测试，本发明在工作时，数字信号处理器2中的DSP201从计算机1端得到各个分量的目标谱以及各个控制参数，DSP201根据算法得到谐波信号。DSP201再将谐波信号以及各通道参数发送给FPGA202，FPGA202一方面通过参数控制来配置各个输入输出通道参数(控制参数包括电压/电流选择、通道增益控制、AC/DC选择、差分/单端选择、采样控制等)，另一方面将谐波信号送给第一模拟信号处理器3中的DA芯片301，将数字信号转换成模拟信号，DA芯片301转换出的模拟信号通过第一运放芯片305的增益控制、有源滤波、直流偏置补偿等处理，再通过第一限压保护部件4送出给功率放大器5，功率放大器5再将放大的谐波信号注入到试验中的已经植入外部高压强电的待测电力器件上，然后通过传感器6将待测电力器件中的信号采集回来，经过限压限流保护装置7送入设备，电压/电流选择装置8已在试验开始时已经根据传感器6的输入信号由FPGA202控制选择为电压测试或电流测试，信号进入第二模拟信号处理器9，经过滤波、差分/单端选择、AC/DC耦合方式、输入阻抗、增益控制等处理，再将信号送给AD芯片901，把信号转换为数字信号送给数字信号处理器2中的FPGA202，FPGA202将信号送给DSP201进行运算，对时域、FFT、自谱、幅值谱、频响等分析，分析结果一方面送给计算机1进行显示，另一方面通过分析结果对输出的谐波信号进行调整，实现一个闭环反馈控制。

本发明能够共同产生多个分量，每次试验都能连续发生多次谐波，同时也能通过采集回来的噪声信号来对谐波进行监测，形成一个闭环控制，能有效的将谐波控制在一个可控范围内，防止电力器件在试验损坏，提高了产品的可靠性。

本发明中的数字信号处理器采用了DSP+FPGA架构，次构架使得信号处理更加高效、控制更加精准。

本发明的第一模拟信号处理器和第二模拟信号处理器都采用了低噪声设计，包括运放芯片采用型号为OPA1612的低噪声芯片，以及低噪声电阻，通过多级增益控制、有源屏蔽及PCB包地处理等技术，有效的降低了通道的本底噪声，提高了信号的测量精度。

本发明具有第二限压保护部件、限压限流保护装置，当试验中有高压串入时能有效的保护设备及操作员安全。

本发明具有电压/电流选择装置，并且根据传感器的信号，由FPGA控制在电压测试与电流测试间切换，使得本发明不仅能采集电压信号，同时也能采集电流信号，增大了应用范围。

本发明具有第一高压隔离装置、第二高压隔离装置，将数字信号处理器、第一模拟信号处理器、第一限压保护部件、限压限流保护装置、电压/电流选择装置、第二模拟信号处理器分成的三个部分，从而防止了其中某一部分有高压窜入时烧坏其他部分，延长使用寿命，减低维修成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电力器件噪声试验装置，其特征在于，包括：计算机、数字信号处理器、第一模拟信号处理器、第一限压保护部件、功率放大器、传感器、限压限流保护装置、电压/电流选择装置和第二模拟信号处理器，所述数字信号处理器分别与第一模拟信号处理器、第二模拟信号处理器、计算机相连接，所述第一限压保护部件的一端与第一模拟信号处理器相连接，另一端与功率放大器相连接，所述第二模拟信号处理器与电压/电流选择装置相连接，且所述电压/电流选择装置与数字信号处理器相连接，所述限压限流保护装置一端与电压/电流选择装置相连接，另一端与传感器相连接，所述功率放大器和传感器分别与待测电力器件相连接；所述第一模拟信号处理器由DA芯片、第一IIC芯片、第一模拟开关、第一继电器和第一运放芯片组成，并且所述第一IIC芯片分别与FPGA、第一模拟开关、第一继电器相连接，所述DA芯片与数字信号处理器中的FPGA相连接，所述DA芯片、第一继电器、第一模拟开关、第一限压保护部件分别与第一运放芯片相连接。

2.根据权利要求1所述的一种电力器件噪声试验装置，其特征在于，所述数字信号处理器采用DSP+FPGA架构。

3.根据权利要求1所述的一种电力器件噪声试验装置，其特征在于，所述限压限流保护装置由第二限压保护部件和限流保护部件组成，并且所述第二限压保护部件和限流保护部件相并联，所述第一限压保护部件、第二限压保护部件都由输入端子与TVS管相连接组成，所述限流保护部件采用自恢复电流保护管。

4.根据权利要求3所述的一种电力器件噪声试验装置，其特征在于，所述电压/电流选择装置为第三继电器，所述第三继电器分别与第二限压保护部件、限流保护部件相连接。

5.根据权利要求2所述的一种电力器件噪声试验装置，其特征在于，所述第二模拟信号处理器由AD芯片、第二IIC芯片、第二模拟开关、第二继电器和第二运放芯片组成，并且所述第二IIC芯片分别与FPGA、第二模拟开关、第二继电器相连接，所述AD芯片与数字信号处理器中的FPGA相连接，所述AD芯片、第二继电器、第二模拟开关、电压/电流选择装置分别与第二运放芯片相连接。

6.根据权利要求1所述的一种电力器件噪声试验装置，其特征在于，还包括第一高压隔离装置和第二高压隔离装置，所述第一高压隔离装置设置于第一模拟信号处理器、第一限压保护部件的外围，所述第二高压隔离装置设置于限压限流保护装置、电压/电流选择装置、第二模拟信号处理器的外围，所述第一高压隔离装置、第二高压隔离装置都分别包括：信号隔离部件、电源隔离部件，并且所述信号隔离部件和电源隔离部件相连接，所述信号隔离部件采用型号为ISO7240的隔离芯片，所述电源隔离部件采用型号为URD12D15的电源模块。

7.根据权利要求1所述的一种电力器件噪声试验装置，其特征在于，所述DA芯片的型号为CS4398，所述第一IIC芯片型号为PCF8575，所述第一模拟开关的型号为DG419，所述第一继电器的型号为G6K，所述第一运放芯片的型号为OPA1612。

8.根据权利要求4所述的一种电力器件噪声试验装置，其特征在于，所述第三继电器的型号为G6K。

9.根据权利要求5所述的一种电力器件噪声试验装置，其特征在于，所述第二运放芯片的型号为OPA1612，所述第二继电器的型号为G6K，所述第二模拟开关的型号为DG419，所述第二IIC芯片的型号为PCF8575，所述AD芯片的型号为CS5361。