CN107727938B - 电容/电感自动调节变频测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容/电感自动调节变频测量装置及其测量方法，涉及电容电感测量技术领域，针对传统的电容电感测量方法没有考虑电容器和电抗器的阻抗效应，造成测量仪器的实际输出电压过高或过低，由于无法自动进行输出调节和补偿，或是影响了测量仪器内部元器件的正常工作，或是造成测量误差明显增大，降低了电容电感测试结果的可信度的技术问题，采用包括DSP主控单元、SPWM全桥逆变单元、LC滤波单元、输出电阻R、AD转换单元、输出电流放大单元、输出电压放大单元和钳表电流程控放大单元等模块进行连接组合并由DSP统一协调运作，能够针对电容电感测试特点，形成一套具有自适应调节能力的闭环测控方法，且具有良好的过电压、过电流保护功能。

Description

电容/电感自动调节变频测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及电容电感测量技术领域，特别涉及一种电容/电感自动调节变频测量装置及其测量方法。

背景技术

近年来无功问题得到了电业部门的普遍重视，无功补偿成套装置已在主网、配网广泛运用。电力电容器和电抗器是目前投入电网运行最重要的无功补偿设备。为了保证电网有功与无功实时平衡，不可避免地要频繁投切电容器和电抗器。频繁地投切操作，会在电容器和电抗器上产生过电流与过电压冲击，造成电容器和电抗器带缺陷运行，严重时甚至烧坏设备，为此电力运维单位应经常对无功补偿电容器、电抗器进行诊断测量。

测量电力无功补偿电容器的电容量及电抗器的电感量是重要的试验检修工作，是作为电容器和电抗器缺陷诊断的依据，因此对测量精度有很高的要求。传统的电容电感测量方法没有考虑电容器和电抗器的阻抗效应，造成测量仪器的实际输出电压过高或过低，由于无法自动进行输出调节和补偿，或是影响了测量仪器内部元器件的正常工作，或是造成测量误差明显增大，降低了电容电感测试结果的可信度。

发明内容

本发明提供一种电容/电感自动调节变频测量装置，用以解决传统的电容电感测量方法没有考虑电容器和电抗器的阻抗效应，造成测量仪器的实际输出电压过高或过低，由于无法自动进行输出调节和补偿，或是影响了测量仪器内部元器件的正常工作，或是造成测量误差明显增大，降低了电容电感测试结果的可信度的技术问题。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案实现：

一种电容/电感自动调节变频测量装置，包括DSP主控单元、SPWM全桥逆变单元、LC滤波单元、输出电阻R、AD转换单元、输出电流放大单元、输出电压放大单元和钳表电流程控放大单元；DSP主控单元第一接口与SPWM全桥逆变单元控制端连接，DSP主控单元第二接口分别与输出电压放大单元控制端、钳表电流程控放大单元控制端连接，DSP主控单元第三接口与AD转换单元第一接口连接；

SPWM全桥逆变单元输出端与LC滤波单元输入端连接；LC滤波单元输出端分别与输出电阻R一端、输出电流放大单元第一接口连接；

输出电阻R另一端分别与输出电流放大单元第二接口、输出电压放大单元第二接口、测量装置的电源输出端点连接；

输出电流放大单元第三接口与AD转换单元第二接口连接；

输出电压放大单元第三接口与AD转换单元第三接口连接；

钳表电流程控放大单元第二接口与钳表连接，钳表电流程控放大单元第三接口与AD转换单元第四接口连接；

所述DSP主控单元主要由DSP芯片构成，用于控制SPWM全桥逆变单元、AD转换单元、输出电流放大单元、输出电压放大单元和钳表电流程控放大单元协调工作；

所述SPWM全桥逆变单元用于调制、输出频率为65Hz，电压为0.1V~24V的可调正弦交流电压；

所述输出电流放大单元用于限制输出电流，确保装置最大的输出电流均不大于5A；

所述输出电压放大单元用于调整输出电压大小，确保装置输出电压在8~20V区间；

所述钳表电流程控放大单元采用2级可编程放大器串联而成，用于对钳表的输出电流进行调节放大，该放大倍数为1~8000倍。

优选地，所述输出电压放大单元采用可编程放大器PGA205。

优选地，所述输出电压放大单元输出给AD采样单元的信号电压为2.5~5V。

优选地，所述钳表电流程控放大单元输出给AD采样单元的信号电压为2~5V。

优选地，所述SPWM全桥逆变单元包括逆变桥芯片选择EPM7064STC44-10，该单元采用±30V直流电压供电。

本发明能够针对电容电感测试特点，形成一套具有自适应调节能力的闭环测控方法，且具有良好的过电压、过电流保护功能，有效地保证了系统内部元器件的正常工作，还可根据实时反馈采集信号进行放大比微调，让采集系统工作在低误差区间，有效提高了电容电感的测量精确度。

本发明还提供了一种基于所述电容/电感自动调节变频测量装置的检测方法，包括以下步骤：

S1、DSP主控单元对SPWM全桥逆变单元进行SPWM调制，使SPWM全桥逆变单元输出频率为65Hz，0.1V~24V的可调正弦交流电压；

S2、将步骤S1所述的可调正弦交流电压进行滤波后通过一个电阻输出；

S3、采集输出电流、输出电压以及钳表电流数据；

S4、根据采集到的输出电流、输出电压数据调整SPWM全桥逆变单元的输出电压；

S5、再次执行步骤S3，并判断采集到的输出电流、输出电压数据直到满足要求；

S6、满足要求后，对输出放大单元、钳表电流程控放大单元设置合适的放大比，持续一段时间进行稳压并测量输出电流、输出电压以及钳表电流数据；

S7、将稳压并测量后的参数进行显示；

S8、测量完成；

优选地，步骤S4所述根据采集到的输出电流、输出电压数据调整SPWM全桥逆变单元的输出电压包括：

测量电容器时：

S41、判断输出电压是否大于20V，如果大于20V，则逐渐减小输出电压，如果小于20V，则进入步骤S42；

S42、对输出电流进行测量，如果输出电流大于5A，则逐渐减小输出电流值，否则进入步骤S5；

测量电感器时：

S401、判断输出电压是否大于20V，如果大于20V，则逐渐减小输出电压，如果小于20V，则进入步骤S402；

S402、对输出电流进行测量，如果输出电流大于5A，则逐渐减小输出电流值，否则进入步骤S403；

S403、再次判断输出电压是否小于8V，如果小于8V，则返回步骤S401，否则转入步骤S5。

本发明提供的测量步骤科学合理，能够准确、及时、安全地进行电容或电感的测量并实时显示结果，具有一定的推广价值。

附图说明

附图1为系统各单元组成结构图；

附图2为SPWM全桥逆变单元受控芯片电路图；

附图3为电容测量自动调节方法流程图；

附图4为电感测量自动调节方法流程图；

附图5为钳表电流程控放大单元电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的图1-5，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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，都属于本发明保护的范围。

一种电容/电感自动调节变频测量装置，包括DSP主控单元、SPWM全桥逆变单元、LC滤波单元、输出电阻R、AD转换单元、输出电流放大单元、输出电压放大单元和钳表电流程控放大单元；DSP主控单元第一接口与SPWM全桥逆变单元控制端连接，DSP主控单元第二接口分别与输出电压放大单元控制端、钳表电流程控放大单元控制端连接，DSP主控单元第三接口与AD转换单元第一接口连接；

SPWM全桥逆变单元输出端与LC滤波单元输入端连接；LC滤波单元输出端分别与输出电阻R一端、输出电流放大单元第一接口连接；

输出电阻R另一端分别与输出电流放大单元第二接口、输出电压放大单元第二接口、测量装置的电源输出端点连接；

输出电流放大单元第三接口与AD转换单元第二接口连接；

输出电压放大单元第三接口与AD转换单元第三接口连接；

钳表电流程控放大单元第二接口与钳表连接，钳表电流程控放大单元第三接口与AD转换单元第四接口连接；

DSP主控单元主要由DSP芯片构成，用于控制SPWM全桥逆变单元、AD转换单元、输出电流放大单元、输出电压放大单元和钳表电流程控放大单元协调工作；

SPWM全桥逆变单元用于调制、输出频率为65Hz，电压为0.1V~24V的可调正弦交流电压；

输出电流放大单元用于限制输出电流，确保装置最大的输出电流均不大于5A；

输出电压放大单元用于调整输出电压大小，确保装置输出电压在8~20V区间；

钳表电流程控放大单元采用2级可编程放大器串联而成，用于对钳表的输出电流进行调节放大，该放大倍数为1~8000倍。

电容电感自动调节变频测量方法：DSP主控单元对SPWM全桥逆变单元进行SPWM调制，通过设置相应调制比，输出频率为65Hz，0.1V~24V的可调正弦交流电压。利用输出电流放大单元和输出电压放大单元实时反馈输出电压和电流大小，利用钳表电流程控放大单元实时反馈输入电流大小，输出电流放大单元、输出电压放大单元和钳表电流程控放大单元经过AD转换单元计算后反馈给DSP主控单元；主控单元根据反馈测量对SPWM全桥逆变单元进行SPWM调节，对输出电压放大单元、钳表电流程控放大单元进行放大比调节。SPWM全桥逆变单元的核心芯片电路参见图2，逆变桥芯片选择EPM7064STC44-10，通过±30V直流电压供电，当SPWM的调制系数为0.8倍时，外接纯阻性负载，变频电流输出幅值为20V的变流电压。在测量不同的电容或电感负载时，系统输出电压会因为接入负载的不同特性而波动，为确保测量系统的正常工作，并保证其准确性，DSP主控单元根据输出电压电流大小对SPWM调制系数进行调节，具体调控方法流程参见图3、图4。

输出电流放大单元用于限制输出电流，确保仪器的变频输出连接不同的电容或电感负载时，最大的输出电流均不大于5A。输出电流信号经过AD转换单元计算后反馈给DSP主控单元，DSP主控单元调整SPWM脉冲的调制比例，控制输出电流的大小。

输出电压放大单元用于调整输出电压大小，确保仪器的变频输出连接不同的电容或电感负载时，输出电压在8~20V区间。输出电压信号经过AD转换单元计算后反馈给DSP主控单元，DSP主控单元调整SPWM脉冲的调制比例，控制输出电压的大小：例如，当仪器接大容量的电容负载时，由于电容的容升效应，有可能使输出电压大于20V的测量范围，需要调整SPWM的调制比例，使输出电压不大于20V；当测量电感负载时，输出电压可能很小(0.1~8V)，此时会导致测量误差增大，应当适当增加调制比，提高测量输出电压。综上，在进行电容测量时初始化调制比设为0.4，在进行电感测量时初始化调制比设为0.8。

输出电压放大单元采用可编程放大器PGA205，DSP主控单元根据反馈输出电压信号实时调整放大倍数，放大倍数为1~8，确保输出AD采样单元的信号在2.5~5V的范围，提高测量的准确性。

如图5，钳表电流程控放大单元利用2级可编程放大器（PGA204、PGA205）串联，对钳表的输出电流（0.1~10mA）进行调节放大，放大倍数为1~8000。确保输入AD转换单元的钳表电流信号在2.5~5V的范围内，提高测量的稳定性。钳表电流放大单元只根据电流的大小调整可编程放大器PGA205、PGA204的放大倍数，不对SPWM的调制比例进行调节。

在经过闭环反馈自动调节生成合适的输出电压、电流变频交流信号，并自适应调节出电压放大单元和钳表电流程控放大单元的放大倍数后，测试系统开始进行稳压测量，并最终计算出测量结果并显示（电容量或电感量）。

Claims (6)

1.一种电容/电感自动调节变频测量装置的检测方法，其特征在于，

电容/电感自动调节变频测量装置包括DSP主控单元、SPWM全桥逆变单元、LC滤波单元、输出电阻R、AD转换单元、输出电流放大单元、输出电压放大单元和钳表电流程控放大单元；DSP主控单元第一接口与SPWM全桥逆变单元控制端连接，DSP主控单元第二接口分别与输出电压放大单元控制端、钳表电流程控放大单元控制端连接，DSP主控单元第三接口与AD转换单元第一接口连接；

SPWM全桥逆变单元输出端与LC滤波单元输入端连接；LC滤波单元输出端分别与输出电阻R一端、输出电流放大单元第一接口连接；

输出电阻R另一端分别与输出电流放大单元第二接口、输出电压放大单元第二接口、测量装置的电源输出端点连接；

输出电流放大单元第三接口与AD转换单元第二接口连接；

输出电压放大单元第三接口与AD转换单元第三接口连接；

钳表电流程控放大单元第二接口与钳表连接，钳表电流程控放大单元第三接口与AD转换单元第四接口连接；

所述DSP主控单元主要由DSP芯片构成，用于控制SPWM全桥逆变单元、AD转换单元、输出电流放大单元、输出电压放大单元和钳表电流程控放大单元协调工作；

所述SPWM全桥逆变单元用于调制、输出频率为65Hz，电压为0.1V~24V的可调正弦交流电压；

所述输出电流放大单元用于限制输出电流，确保装置最大的输出电流均不大于5A；

所述输出电压放大单元用于调整输出电压大小，确保装置输出电压在8~20V区间；

所述钳表电流程控放大单元采用2级可编程放大器串联而成，用于对钳表的输出电流进行调节放大，放大倍数为1~8000倍；

检测方法包括以下步骤：

S1、DSP主控单元对SPWM全桥逆变单元进行SPWM调制，使SPWM全桥逆变单元输出频率为65Hz，0.1V~24V的可调正弦交流电压；

S2、将步骤S1所述的可调正弦交流电压进行滤波后通过一个电阻输出；

S3、采集输出电流、输出电压以及钳表电流数据；

S4、根据采集到的输出电流、输出电压数据调整SPWM全桥逆变单元的输出电压；

S5、再次执行步骤S3，并判断采集到的输出电流、输出电压数据直到满足要求；

S6、满足要求后，对输出电流放大单元、输出电压放大单元、钳表电流程控放大单元设置合适的放大比，持续一段时间进行稳压并测量输出电流、输出电压以及钳表电流数据；

S7、将稳压并测量后的参数进行显示；

S8、测量完成。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述输出电压放大单元采用可编程放大器PGA205。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述输出电压放大单元输出给AD转换单元的信号电压为2.5~5V。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述钳表电流程控放大单元输出给AD转换单元的信号电压为2~5V。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述SPWM全桥逆变单元包括逆变桥芯片EPM7064STC44-10，该单元采用±30V直流电压供电。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

步骤S4所述根据采集到的输出电流、输出电压调整SPWM全桥逆变单元的输出电压包括：

测量电容器时：

S41、判断输出电压是否大于20V，如果大于20V，则逐渐减小输出电压，如果小于20V，则进入步骤S42；

S42、对输出电流进行测量，如果输出电流大于5A，则逐渐减小输出电流值，否则进入步骤S5；

测量电感器时：

S401、判断输出电压是否大于20V，如果大于20V，则逐渐减小输出电压，如果小于20V，则进入步骤S402；

S402、对输出电流进行测量，如果输出电流大于5A，则逐渐减小输出电流值，否则进入步骤S403；

S403、再次判断输出电压是否小于8V，如果小于8V，则返回步骤S401，否则转入步骤S5。

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