CN106018937A - 一种电网电压采样与处理的方法 - Google Patents

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李多山
陶苗苗
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Abstract

本发明公开一种电网电压采样与处理的方法，包括瞬时交流采样电路和信号处理方法，所述瞬时交流采样电路通过互感器、电阻分压电路、电压抬升电路、电压钳位电路来采集市电信号，所述信号处理方法为将实时采集的信号先采用RC低通滤波器进行处理，再通过谐波补偿法进行校正，得到波形图能够判断市电状况，本发明通过采用瞬时交流采样电路、信号处理方法获得高质量交流电压信号，实现了交流电压信号准确与快速的采集。

Description

一种电网电压采样与处理的方法
技术领域
本发明涉及电学领域，具体涉及一种电网电压采样与处理的方法。
背景技术
现在对应急电源性能的要求越来越高，如：在某些不能断光源场合(隧道、地铁等)，采用的是高强气体放电灯，如高压钠灯、金属卤素灯等，高强气体放电灯的特性均为：当断电时间大于5ms时，高强气体放电灯将断电熄灭，要等其冷却后才能重新启动，因此在这些场合必须实现应急电源的快速切换。
应急电源的实时性控制的要求越来越高，交流市电的正确判断是实现快速切换的一个重要方面，传统的电压采样电路多采用整流与滤波电路构成，由于滤波电容具有时延特性，很难满足快速判断的要求，而这里发明的瞬时交流采样电路可以实时采集电压信号，运用信号处理方法可以满足快速判断的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供的一种电网电压采样与处理的方法，通过电网电压采样和电网电压处理，解决了延时判断的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种电网电压采样与处理的方法，包括瞬时交流采样电路和信号处理方法，利用瞬时交流采样电路采集市电信号，将采集到的信号进行数据处理后得到准确可靠的数据，以此判断市电是否正常，为快速切换提供理论基础。
其中，所述瞬时交流采样电路包括市电输入J1、互感器TF1、电阻分压电路、电压抬升电路、电压钳位电路，所述电压抬升电路为电阻分压电路和电压跟随电路叠加而成，所述电阻分压电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5，所述电压跟随电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R6，运放器U1A，所述电压抬升电路为电阻分压电路的输出与电压跟随电路叠加，所述电压钳位电路包括电阻R7、电阻R8、运放器U1B、二极管D1。
所述互感器，连接在主电路的输入端，主要起到隔离和降压的目的。
所述电阻分压电路，包括分压电阻R3、电阻R4、电阻R5，主要是将经互感器输出的交流电压进行分压。
所述电压抬升电路，是将电阻分压电路的输出与电压跟随电路叠加后使电压抬升。
所述电压钳位电路，是将电压抬升电路提升后的电压固定在DSP可以采集的电压范围之内。
所述电压处理方法包括RC低通滤波和谐波补偿法，其中，所述RC低通滤波不仅可以抑制纹波，而且可以有效地补偿相位，通过RC低通滤波处理后的波形变得平滑，但是存在系统误差，由于系统误差的数据存在一定周期规律，通过谐波补偿法进行校正，校正后的数据，通过对比未经处理的采样信号，经过RC低通滤波和谐波补偿法处理的数据，精度和平滑程度都有很大提高，应用这些数据进行市电状况的判断，提高了判断的正确性。
本发明的有益效果：通过采用瞬时交流采样电路、信号处理方法最终获得高质量交流电压信号，实现了交流电压信号的准确与快速的实时采集。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明瞬时交流采样电路图；
图2为本发明实时采集的波形图；
图3为本发明经RC低通滤波处理后波形图；
图4为本发明经RC低通滤波和谐波补偿法处理后波形图。
具体实施方式
如图1所示，为一种用于电网电压采样与处理的瞬时交流采样电路图，瞬时交流采样电路图包括市电输入J1、互感器TF1、电阻分压电路、电压抬升电路、电压钳位电路，其中电压抬升电路为电阻分压电路和电压跟随电路叠加而成，互感器TF1起隔离和降压的作用，电阻分压电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5，作用是将经互感器输出的交流电压进行分压；电压跟随电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R6，运放器U1A，电压抬升电路将电阻分压电路的输出与电压跟随电路叠加后使电压抬升；电压钳位电路包括电阻R7、电阻R8、运放器U1B、二极管D1，目的是将电压抬升电路提升后的电压固定在DSP可以采集的电压范围之内。
市电输入J1通过互感器TF1分别与电阻R3、电阻R4连接，电阻R3与电阻R5连接，在电阻R3和电阻R5之间的节点通过电阻R4连接在GND上，电阻R5连接在运放器UIB的反相输入端，运放器UIB的同相输入端连接在GND上，运放器UIB正电源端和负电源端分别接+15V、-15V，运放器UIB的输出端通过电阻R8连接在输出AD0上，在运放器UIB的反相输入端和输出端之间并联一电阻R7，在电阻R8与输出AD0之间的节点通过二极管D1阳极连接在GND上，+5V电压通过电阻R1连接在运放器UIA的反相输入端，运放器UIA的同相输入端连接在GND上，运放器UIA的输出端通过电阻R6连接在电阻R7上，在运放器UIA的反相输入端和输出端之间并联一电阻R2。
市电输入J1输出交流220V电压经互感器TF1隔离降压至交流12V，通过电阻分压电路进行分压输出5V，经电压抬升电路输出0～10V的直流电，最后由电压钳位电路输出0～3.3V的直流电信号为DSP模拟转换口提供了安全的电压信号。
如图2所示，采集信号过后，在DSP集成开发环境CCS中应用其图形分析功能，为了提高数据的准确性，要对数据进行处理，先采用RC低通滤波器进行处理，RC低通滤波不仅可以抑制纹波，而且可以有效地补偿相位，如图3所示，通过RC低通滤波处理后的波形变得平滑，但是存在系统误差，由于系统误差的数据存在一定周期规律，通过谐波补偿法进行校正，校正后的数据，如图4所示，通过对比未经处理的采样信号，经过RC低通滤波和谐波补偿法处理的数据，精度和平滑程度都有很大提高，应用这些数据进行市电状况的判断，提高了判断的正确性。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种电网电压采样与处理的方法，其特征在于，包括以下处理步骤：
电路采样，通过所述瞬时采样电路采集交流电压信号；
信号处理，采样电路采集的交流电压信号通过RC低通滤波进行处理，再通过谐波补偿法进行校正，得到能够判断市电状况的波形图。
2.根据权利要求1所述的一种电网电压采样与处理的方法，其特征在于，所述瞬时交流采样电路包括互感器、电阻分压电路、电压抬升电路、电压钳位电路，所述互感器起到隔离和降压的作用，所述电阻分压电路对从互感器流出的电压进行分压，所述电压抬升电路对电压有提升的作用，所述电压钳位电路将电压抬升电路提升后的电压固定在DSP可以采集的电压范围之内。
3.根据权利要求2所述的一种电网电压采样与处理的方法，其特征在于，所述电阻分压电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5，所述电阻R3和所述电阻R5连接，所述电阻R4连接在电阻R3和电阻R5之间的节点上。
4.根据权利要求2所述的一种电网电压采样与处理的方法，其特征在于，所述电压抬升电路由电阻分压电路和电压跟随电路叠加而成，其中所述电压跟随电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R6，运放器U1A，所述电阻R1连接在运放器U1A的反相输入端，所述运放器U1A输出端与电阻R6连接，所述电阻R2并联在运放器U1A的反相输入端和输出端。
根据权利要求2所述的一种电网电压采样与处理的方法，其特征在于，所述电压钳位电路包括包括电阻R7、电阻R8、运放器U1B、二极管D1，所述电阻R7并联在运放器UIB反相输入端和输出端，所述运放器UIB的输出端与电阻R8连接，所述二极管D1阳极与运放器UIB的同相输入端，其阴极连接在电阻R8与输出AD0的节点。
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