CN105445620A - 一种用于馈线自动化测试的高压输出装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种用于馈线自动化测试仪的高压输出装置及方法，通过桥式结构电路接受DA输出信号并通过相位转换的方式转换为幅度相等且相位相差180°的两路控制信号，这两路控制信号分别控制两个独立的幅度以及功率放大器进行幅度和功率的放大，经放大后的两路信号通过硬件负反馈的方式反馈到前端来保证信号输出的精度及稳定性，由于两部分的电路结构完全对称，由此我们得到两路对地电压为0-120V且相位相差180°的电压输出，此时我们将一个通道的输出看为参考地，便可以得到高电压的输出。与现有技术相比，本发明实施例通过硬件电路直接实现高压的输出，极大的提高了馈线自动化测试仪的输出电压范围，使现场测试时接线更加简便。
Description
技术领域
本发明涉及馈线自动化测试技术领域，特别是涉及一种用于馈线自动化测试仪的高压输出装置及方法。
背景技术
电网的安全稳定运行是实现供电可靠性的前提和基础，当配电网系统进行投运前，必须对整个系统进行测试，馈线自动化系统的运行依托于配电终端采集的数据，因而为保障馈线自动化系统可以正常运行，必须考验配电终端的数据采集能力。
馈线自动化系统在正式投入运行前需要进行多种功能的测试，测试设备要求能够提供多路高精度、宽范围且具有一定带载能力的电压输出。在现有技术的测试中，一般测试设备的电压输出范围仅为0-120V，这只能满足正常测试的需求，在模拟异常测试的情况下则需要更高的电压，具体做法是将两个电压通道串联输出，同时将两个通道的频率设置一致，相位设置相差180度，电压输出值为两个电压输出值的和。
但是上述方法每个测试点需要占用两个电压通道，不能对ABC三相及零序同时进行测试，且接线时不以常规方式接线，接线操作过程复杂；同时，要设置的参数比较多增加了操作失误所带来的测试风险。
发明内容
本发明实施例中提供了一种用于馈线自动化测试仪的高压输出装置及方法，以解决现有技术中的测试设备适用范围窄、操作复杂的问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：
一种用于馈线自动化测试仪的高压输出装置，包括依次电连接的DA转换器、调理电路、桥式结构电路，其中：
所述桥式结构电路包括两路参数对称的第一运算放大电路和第二运算放大电路；
所述第一运算放大电路包括第一运算放大器和第一负反馈电路；
所述第二运算放大电路包括第二运算放大器和第二负反馈电路；
所述调理电路分别与所述第一运算放大器的负向输入端和所述第二运算放大器的正向输入端电连接；
所述第一运算放大器的输出端依次电连接第一幅度放大器和第一功率放大器；
所述第二运算放大器的输出端依次电连接第二幅度放大器和第二功率放大器；
所述第一负反馈电路的两端分别与所述第一运算放大器的正向输入端和所述第一功率放大器的输出端电连接；
所述第二负反馈电路的两端分别与所述第二运算放大器的正向输入端和所述第二功率放大器的输出端电连接。
优选地，所述第一负反馈电路包括第一电阻和第二电阻，其中：
所述第一电阻的一端接地、另一端电连接所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端和所述第一功率放大器的输出端电连接；
所述第一运算放大器的正向输入端连接在所述第一电阻和所述第二电阻之间；
所述第二电阻的阻值为所述第一电阻阻值的二十倍。
优选地，所述第一运算放大电路还包括由电阻和电容串联形成的第一稳定电路，所述第二运算放大电路还包括由电阻和电容串联形成的第二稳定电路，其中：
所述第一稳定电路的两端均分别与所述第一运算放大电路负向输入端和输出端电连接；
所述第二稳定电路的两端均分别与所述第二运算放大电路负向输入端和输出端电连接。
优选地，所述DA转换器和所述调理电路之间还设置有隔离电路。
优选地，所述DA转换器为16位DA转换器。
一种用于馈线自动化测试仪的高压输出方法，包括：
通过DA转换器将数字信号转换成幅度为0-5V、频率可控的模拟控制信号；
调理电路接收所述控制信号并将所述控制信号转换成正负10V的双极性信号，同时，通过设置在所述调理电路中的二阶滤波器将点阵式的所述双极性信号率成平滑的波形信号；
桥式结构电路接收所述波形信号，并将所述波形信号转换成两路相位相差180°的第一波形信号和第二波形信号；
幅度放大器接收所述第一波形信号和所述第二波形信号，并所述第一波形信号和所述第二波形信号的波幅分别进行放大，生成第三波形信号和第四波形信号；
功率放大器接收所述第三波形信号和所述第四波形信号，并将所述第三波形信号和所述第四波形信号的电流进行放大，生成第五波形信号和第六波形信号。
优选地，所述桥式结构电路内还设置有稳定电路，用于防止所述桥式结构电路在工作时受电路参数的影响及干扰会产生的相移形成正反馈引起震荡。
由以上技术方案可见，本发明实施例提供的一种用于馈线自动化测试仪的高压输出装置及方法，通过DA转换器将数字信号转换成幅度为0-5V、频率可控的模拟控制信号，通过调理电路接收所述控制信号并将所述控制信号转换成正负10V的双极性信号，同时，通过设置在所述调理电路中的二阶滤波器将点阵式的所述双极性信号率成平滑的波形信号；通过桥式结构电路接收所述波形信号，并将所述波形信号转换成两路相位相差180°的第一波形信号和第二波形信号，其中，所述桥式结构电路包括两路参数对称的第一运算放大电路和第二运算放大电路；通过幅度放大器接收所述第一波形信号和所述第二波形信号，并所述第一波形信号和所述第二波形信号的波幅分别进行放大，生成第三波形信号和第四波形信号；通过功率放大器接收所述第三波形信号和所述第四波形信号，并将所述第三波形信号和所述第四波形信号的电流进行放大，生成第五波形信号和第六波形信号。
本发明实施例通过桥式结构电路接受DA输出信号并通过相位转换的方式转换为幅度相等且相位相差180°的两路控制信号，这两路控制信号分别控制两个独立的幅度功率放大器进行幅度功率的放大，经放大后的两路信号通过硬件负反馈的方式反馈到前端来保证信号输出的精度及稳定性，由于两部分的电路结构完全对称，由此我们得到两路对地电压为0-120V且相位相差180°的电压输出，此时我们将一个通道的输出看为参考地，便可以得到高电压的输出。与现有技术相比，本发明实施例通过硬件电路直接实现高压的输出，极大的提高了馈线自动化测试仪的输出电压范围，使现场测试时接线更加简便。
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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种用于馈线自动化测试仪的高压输出装置的基本结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种用于馈线自动化测试仪的高压输出装置的基本结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
参见图1，为本发明实施例提供的一种用于馈线自动化测试仪的高压输出装置的基本结构示意图，所述高压输出装置包括依次电连接的DA转换器1、调理电路2、桥式结构电路3。
所述DA转换器1采用精度高、稳定性能好的16位DA转换器，所述通过DA转换器1，便可以将数字信号转换成幅度为0-5V、频率可控的模拟控制信号。当然，所述DA转换器1还可以采用8位或12为DA转换器，并不限于本实施例所列举的范围。
所述调理电路2通过由运算放大器构成的差分放大电路，将所述DA转换器1所产生的0-5V的控制信号变成正负10V的双极性信号。通过电压信号的放大，在所述高压输出装置输出同样的电压下，可以降低后续的电压放大倍数，进而可以提高所述高压输出装置的输出精度。进一步的，所述调理电路2中还设置有二阶滤波器，用于将点阵式的所述双极性信号率成平滑的波形信号。
所述桥式结构电路3包括两路参数对称的第一运算放大电路和第二运算放大电路，其中，所述第一运算放大电路包括第一运算放大器和第一负反馈电路，所述第二运算放大电路包括第二运算放大器和第二负反馈电路。
所述调理电路2的输出端分别与所述第一运算放大器的负向输入端和所述第二运算放大器的正向输入端电连接。
所述第一运算放大器的输出端依次电连接第一幅度放大器41和第一功率放大器51；所述第二运算放大器的输出端依次电连接第二幅度放大器42和第二功率放大器52。
所述第一负反馈电路的两端分别与所述第一运算放大器的正向输入端和所述第一功率放大器51的输出端电连接；所述第二负反馈电路的两端分别与所述第二运算放大器的正向输入端和所述第二功率放大器51的输出端电连接。
所述第一负反馈电路包括第一电阻R4和第二电阻，其中，因为所述高压输出装置输出的电压较大，所述第二电阻的产生的功率也比较大，所以本实施例中所述第二电阻由两个相同的电阻R5和R6组成，这样可以起到均分功率的作用，当然，还可以所述第二电阻还可以由更多的电阻组成。
所述电阻R4的一端接地、另一端电连接所述电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端电连接所述电阻R6的一端，所述电阻R6的另一端和所述第一功率放大器51的输出端电连接；所述第一运算放大器的正向输入端连接在所述电阻R4和所述电阻R5之间。
由于所述波形信号由所述第一运算放大器31输出后，并经所述第一幅度放大器41和所述第一功率放大器51后的输出信号相位改变了180°，由于输出信号已进行了反相，所以本实施例中将所述负反馈电路接到所述第一运算放大器31的同相输入端，构成负反馈。这样，在外界条件发生变化引起电压波动时，所述第一负反馈电路可以自动及时补偿，保证电压的稳定输出。
进一步的，由于输出端Ua对于系统地需输出120V的交流电压，其峰值电压为170V，考虑到功率管的压降及留有一定的余量，需输出达到200V，同时，由于输入到所述第一运算放大器31中的所述波形信号为10V，需要放大20倍才可以为200V，所以本实施例中所述电阻R5和所述电阻R6的阻值之和为所述电阻R4阻值的二十倍，其中，所述电阻R4的阻值为10K,所述电阻R5和所述电阻R6的阻值均为100K，当然并不限于所述阻值。
与所述电阻R4相匹配的，所述第一运算放大器31的负向输入端串联有10k的电阻R3；所述电阻R5和所述电阻R6相配的，在所述第一运算放大器的负向输入端和所述电阻R3之间，电连接有200K的电阻R1。
同样的，所述第二负反馈电路也由阻值为10K的电阻R10、阻值均为100K的电阻R11和R12组成。与所述电阻R10相匹配的，所述第二运算放大器的正向输入端串联有10k的电阻R8。
所述第一运算放大电路还包括由电阻和电容串联形成的第一稳定电路，所述第二运算放大电路包括由电阻和电容串联形成的第二稳定电路。
所述第一稳定电路的两端均分别与所述第一运算放大电路负向输入端和输出端电连接；所述第二稳定电路的两端均分别与所述第二运算放大电路负向输入端和输出端电连接。
所述第一稳定电路包括电阻R2和电容C1，其中，所述电阻R2的一端与所述第一运算放大的负向输入端电连接、另一端与所述电容C1的一端电连接，所述电容C1的另一端与所述第一运算放大器的输出端电连接。
由于运算放大器及线路中存在着分布电容与分布电感，电路在工作时受电路参数的影响及干扰会产生一定的相移，这种相移达到一定值会形成正反馈使电路自激震荡，因此通过本实施例通过电阻和电容形成的稳定电路可以抵消这种影响，防止发生电路震荡。
根据所述桥式电路3的分布参数及所述第一运算放大器的型号，所述电阻R2阻值设为10k，所述电容C1为180P，当然并不限于本实施例所提供的数值，具体应用中可以根据实际调试确定值。
同样的，所述第二稳定电路也是由10K的电阻R7和180P的电容C2组成。
所述第一幅度放大器41和第二幅度放大器42可以使用模拟电路共射极放大电路，以实现将所述调理电路2输出的波形放大几十倍。
所述第一功率放大器51和第二功率放大器52可以使用模拟电路共集电路，以实现电流的放大，使电压通道具有一定的负载能力。
如图2所示，通过所述DA转换器1可以引出多个电压输出通道，具有方便使用的优点。同时，为了防止各电压通道不会相互影响，所述DA转换器1和所述调理电路2之间还设置有隔离电路6。
本实施例还提供了一种用于馈线自动化测试仪的高压输出方法，包括：
步骤S101：通过DA转换器1将数字信号转换成幅度为0-5V、频率可控的模拟控制信号。
步骤S102：通过调理电路2接收所述控制信号并将所述控制信号转换成正负10V的双极性信号，同时，通过设置在所述调理电路2中的二阶滤波器将点阵式的所述双极性信号率成平滑的波形信号。
步骤S103：通过桥式结构电路3接收所述波形信号，并将所述波形信号转换成两路相位相差180°的第一波形信号和第二波形信号。
进一步的，所述桥式结构电路3内还设置有稳定电路，用于防止所述桥式结构电路3在工作时受电路参数的影响及干扰会产生的相移形成正反馈引起震荡。
步骤S104：通过幅度放大器接收所述第一波形信号和所述第二波形信号，并所述第一波形信号和所述第二波形信号的波幅分别进行放大，生成第三波形信号和第四波形信号。
步骤S105：功率放大器接收所述第三波形信号和所述第四波形信号，并将所述第三波形信号和所述第四波形信号的电流进行放大，生成第五波形信号和第六波形信号。
由上述技术方案可见，本实施例提供的桥式结构电路将DA输出并隔离后经调理电路处理过的信号分别送往两个运算放大器的同相端和反相端，由同相端输入信号则输出信号与输入信号相位相同，由反相端输入信号则输出信号与输入信号的相位相差180度，将这两组信号输入幅度以及功率放大器，该幅度以及功率放大器和传统的测试仪一样，电压输出范围为0-120V，则当系统工作时，其中Ua端输出对地为120V的电压时，而与其相位相差180°的Un则输出对地为-120V的电压，若将Un作为参考地，则Ua相对于参考地的电压为240V。同时，所述桥式结构电路由于两部分电路的参数完全对称，因而能持续稳定的输出高精度电压，同时该部分电路中电阻R4、R5、R6与R10、R11、R12分别构成两路负反馈，在外界条件变化引起电压波动时负反馈可以自动及时补偿，保证电压的稳定输出，电路中R2、C1及R7、C2起到稳定电路，防止发生振荡的作用。
本发明实施例通过硬件电路直接实现高压的输出，极大的提高了馈线自动化测试仪的输出电压范围，使现场测试时接线更加简便；同时，减少了现场人员操作测试仪的次数，降低了由于操作失误带来的不良影响。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种用于馈线自动化测试仪的高压输出装置，其特征在于，包括依次电连接的DA转换器(1)、调理电路(2)、桥式结构电路(3)，其中：
所述桥式结构电路(3)包括两路参数对称的第一运算放大电路和第二运算放大电路；
所述第一运算放大电路包括第一运算放大器和第一负反馈电路；
所述第二运算放大电路包括第二运算放大器和第二负反馈电路；
所述调理电路(2)分别与所述第一运算放大器的负向输入端和所述第二运算放大器的正向输入端电连接；
所述第一运算放大器的输出端依次电连接第一幅度放大器(41)和第一功率放大器(51)；
所述第二运算放大器的输出端依次电连接第二幅度放大器(42)和第二功率放大器(52)；
所述第一负反馈电路的两端分别与所述第一运算放大器的正向输入端和所述第一功率放大器(51)的输出端电连接；
所述第二负反馈电路的两端分别与所述第二运算放大器的正向输入端和所述第二功率放大器(51)的输出端电连接。
2.根据权利要求1所述的用于馈线自动化测试仪的高压输出装置，其特征在于，所述第一负反馈电路包括第一电阻和第二电阻，其中：
所述第一电阻的一端接地、另一端电连接所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端和所述第一功率放大器(51)的输出端电连接；
所述第一运算放大器的正向输入端连接在所述第一电阻和所述第二电阻之间；
所述第二电阻的阻值为所述第一电阻阻值的二十倍。
3.根据权利要求1所述的用于馈线自动化测试仪的高压输出装置，其特征在于，所述第一运算放大电路还包括由电阻和电容串联形成的第一稳定电路，所述第二运算放大电路还包括由电阻和电容串联形成的第二稳定电路，其中：
所述第一稳定电路的两端均分别与所述第一运算放大电路负向输入端和输出端电连接；
所述第二稳定电路的两端均分别与所述第二运算放大电路负向输入端和输出端电连接。
4.根据权利要求1所述的用于馈线自动化测试仪的高压输出装置，其特征在于，所述DA转换器(1)和所述调理电路(2)之间还设置有隔离电路(6)。
5.根据权利要求1所述的用于馈线自动化测试仪的高压输出装置，其特征在于，所述DA转换器(1)为16位DA转换器。
6.根据权利要求2所述的用于馈线自动化测试仪的高压输出装置，其特征在于，所述第二电阻包括两个串联的第二子电阻。
7.一种用于馈线自动化测试仪的高压输出方法，其特征在于，包括：
通过DA转换器(1)将数字信号转换成幅度为0-5V、频率可控的模拟控制信号；
调理电路(2)接收所述控制信号并将所述控制信号转换成正负10V的双极性信号，同时，通过设置在所述调理电路(2)中的二阶滤波器将点阵式的所述双极性信号率成平滑的波形信号；
桥式结构电路(3)接收所述波形信号，并将所述波形信号转换成两路相位相差180°的第一波形信号和第二波形信号；
幅度放大器接收所述第一波形信号和所述第二波形信号，并所述第一波形信号和所述第二波形信号的波幅分别进行放大，生成第三波形信号和第四波形信号；
功率放大器接收所述第三波形信号和所述第四波形信号，并将所述第三波形信号和所述第四波形信号的电流进行放大，生成第五波形信号和第六波形信号。
8.根据权利要求7所述的用于馈线自动化测试仪的高压输出方法，其特征在于，所述桥式结构电路(3)内还设置有稳定电路，用于防止所述桥式结构电路(3)在工作时受电路参数的影响及干扰产生相移形成正反馈引起的震荡。
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