CN104297564A - 基于fpga及磁平衡式互感器的电量数字化转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于FPGA及磁平衡式互感器的电量数字化转换器，该转换器与电网连接，所述的转换器包括相互连接的磁平衡式互感器和FPGA芯片，所述的FPGA芯片包括依次连接的检测电路、处理电路和抑制信号输出电路，所述的检测电路输入端与磁平衡式互感器连接，所述的抑制信号输出电路输出端与磁平衡式互感器连接，所述的磁平衡式互感器与电网连接。与现有技术相比，本发明具有设计合理、结构简单，无需添加外设AD转换装置，将磁平衡式互感器直接与FPGA控制芯片互连；通过磁平衡式互感器与FPGA控制芯片的精度与快速处理能力，有效提高检测精度。

Description

基于FPGA及磁平衡式互感器的电量数字化转换器
技术领域
本发明涉及一种电量数字化转换器，尤其是涉及一种基于FPGA及磁平衡式互感器的电量数字化转换器。
背景技术
电网是关系到国民经济命脉的基础产业和公用事业。随着现代科技的进步发展，上世纪以来的供电紧张局面已得到缓解。同时各种新型的用电负荷也迅速发展，计算机技术、通信技术和电力电子新技术在电力系统的应用，使现代电力系统的用电负荷结构发生了巨大变化。各类高科技含量的器件、设备和技术，如各类整流、调压、变频装置及其家用电器等得到广泛使用。这些用电负荷相对于传统的机电设备和负荷而言，对电力扰动的敏感性更加突出，其非线性、冲击性及不平衡性的特性，对电能质量造成了严重的污染。其中家庭用电问题是关系着国民经济生活的一个重要方面。与此同时，诸如ARM、FPGA等微控制器科技迅猛发展，使得电能质量在检测、监控和分析等方面得到了提高，进而有利于发现用户供电的问题与规律，改善电能质量。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高了测量精度的基于FPGA及磁平衡式互感器的电量数字化转换器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于FPGA及磁平衡式互感器的电量数字化转换器，该转换器与电网连接，其特征在于，所述的转换器包括相互连接的磁平衡式互感器和FPGA芯片，所述的FPGA芯片包括依次连接的检测电路、处理电路和抑制信号输出电路，所述的检测电路输入端与磁平衡式互感器连接，所述的抑制信号输出电路输出端与磁平衡式互感器连接，所述的磁平衡式互感器与电网连接。
所述的磁平衡式互感器包括两个，分别与第一磁平衡式互感器和第二磁平衡式互感器，所述的第一磁平衡式互感器的输入端直接与电网连接，所述的第二磁平衡式互感器的输入端通过电阻与电网连接，两个磁平衡式互感器的输出端均与检测电路连接。
所述的检测电路包括电流检测电路和电压检测电路，所述的电流检测电路与第一磁平衡式互感器连接，所述的电压检测电路与第二磁平衡式互感器连接。
每个磁平衡式互感器均包括三个绕组，分别与第一绕组、第二绕组和第三绕组，所述的第一绕组与电网连接，所述的第二绕组与检测电路连接，所述的第三绕组与抑制信号输出电路连接。
所述的处理电路对电信号的处理，包括；计算得到电流、电压、功率及功率因素参数值，并对采集的信号进行FFT变换，计算出各次谐波含量，得到THD值。
与现有技术相比，本发明设计合理，结构简单，无需添加外设AD转换装置，将磁平衡式互感器直接与FPGA控制芯片互连；通过磁平衡式互感器与FPGA控制芯片的精度与快速处理能力，有效提高检测精度。
附图说明
图1为本发明结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
电网中的信号电压都是220V/380V电压或是更高，利用现有的电子装置进行测量，无法进行直接测量，利用绕组线圈感应电流将电网信号变为可测的电流信号传送到装置中。本发明采用磁平衡式互感器。将电网信号接入到磁平衡式互感器的原边线圈，通过产生的感应电流接入到FPGA芯片，完成对电流信号的检测；将电网电压信号通过串联一个电阻R转变为电流信号后，同样通过一个磁平衡式互感器可测得具体大小。
如图1所示，本发明电量数字化转换器，包括相互连接的磁平衡式互感器和FPGA芯片3，所述的FPGA芯片3包括依次连接的检测电路、处理电路33和抑制信号输出电路34，所述的检测电路输入端与磁平衡式互感器连接，所述的抑制信号输出电路输出端与磁平衡式互感器连接，所述的磁平衡式互感器与电网连接。
所述的磁平衡式互感器包括两个，分别与第一磁平衡式互感器1和第二磁平衡式互感器2，所述的第一磁平衡式互感器1的输入端直接与电网连接，所述的第二磁平衡式互感器2的输入端通过电阻与电网连接，两个磁平衡式互感器的输出端均与检测电路连接。
所述的检测电路包括电流检测电路31和电压检测电路32，所述的电流检测电路31与第一磁平衡式互感器1连接，所述的电压检测电路32与第二磁平衡式互感器2连接。
每个磁平衡式互感器均包括三个绕组，分别与第一绕组、第二绕组和第三绕组，所述的第一绕组与电网连接，所述的第二绕组与检测电路连接，所述的第三绕组与抑制信号输出电路连接。
图1中第一磁平衡式互感器1用于电流检测，设三线圈匝数分别为n10、n11、n12；第二磁平衡式互感器2用于电压检测，设其设三线圈匝数分别为n20、n21、n22。将两磁平衡式互感器的第三绕组与FPGA控制芯片相连，检测感应电流大小i1、i2。根据感应电流i1、i2大小，调整FPGA芯片输出的抑制电流信号i3、i4，让副边线圈在聚磁环中产生的磁场与第一、第三线圈的所产生的磁场相互抵消，从而使i1、i2为0。
利用FPGA实现对电信号的采集和处理，计算得到电流、电压、功率及功率因素等参数值，并利用嵌入式FFT IP核对采集的信号进行FFT变换，计算出各次谐波含量，得到THD值。通过verilog语言编程，对各个环节进行时序控制和计算、传输处理。
同时要强调的是，本说明书选取并具体描述的实施例，是用于更好地解释本发明的原理和实际应用，因而，本发明优选实施例只是说明性的，不限制该发明于所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，在具体实施方式上可作多样的变化。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种基于FPGA及磁平衡式互感器的电量数字化转换器，该转换器与电网连接，其特征在于，所述的转换器包括相互连接的磁平衡式互感器和FPGA芯片，所述的FPGA芯片包括依次连接的检测电路、处理电路和抑制信号输出电路，所述的检测电路输入端与磁平衡式互感器连接，所述的抑制信号输出电路输出端与磁平衡式互感器连接，所述的磁平衡式互感器与电网连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA及磁平衡式互感器的电量数字化转换器，其特征在于，所述的磁平衡式互感器包括两个，分别与第一磁平衡式互感器和第二磁平衡式互感器，所述的第一磁平衡式互感器的输入端直接与电网连接，所述的第二磁平衡式互感器的输入端通过电阻与电网连接，两个磁平衡式互感器的输出端均与检测电路连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA及磁平衡式互感器的电量数字化转换器，其特征在于，所述的检测电路包括电流检测电路和电压检测电路，所述的电流检测电路与第一磁平衡式互感器连接，所述的电压检测电路与第二磁平衡式互感器连接。
4.根据权利要求2所述的一种基于FPGA及磁平衡式互感器的电量数字化转换器，其特征在于，每个磁平衡式互感器均包括三个绕组，分别与第一绕组、第二绕组和第三绕组，所述的第一绕组与电网连接，所述的第二绕组与检测电路连接，所述的第三绕组与抑制信号输出电路连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA及磁平衡式互感器的电量数字化转换器，其特征在于，所述的处理电路对电信号的处理，包括；计算得到电流、电压、功率及功率因素参数值，并对采集的信号进行FFT变换，计算出各次谐波含量，得到THD值。
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