CN108020806B - 用于智能电能表检测的高次谐波发生器 - Google Patents

用于智能电能表检测的高次谐波发生器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于智能电能表检测的高次谐波发生器,包括信号发生器、变压器T1、输入级电路、电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R411、放大器A6、电压放大电路、功率放大电路、变压器T2、变压器T3、电流互感器TA1、电压互感器TV1、开关S1、整流反馈电路、比较电路、光电隔离单元、三极管Q1和稳压二极管D1。通过信号发生器产生所需的谐波信号,对谐波信号进行频率均衡放大,确保各次谐波放大输出后的幅值一致;通过整流反馈电路引入直流反馈和交流反馈,实现信号快速和准确调节,可用于智能电能表高次谐波试验。

Description

用于智能电能表检测的高次谐波发生器
技术领域
本发明属电能计量技术领域,具体而言,涉及一种用于智能电能表检测的高次谐波发生器。
技术背景
各类非线性用电设备、变压器和各类铁心电抗器都是电网中的谐波源。随着各类谐波源容量的增长,谐波对电能计量的影响也越来越受到重视。目前我国的电能表标准GB/T17215规定了电能表谐波影响量试验的方法和要求,但是所提出的谐波测试波形并不能完全反映电能表实际的现场运行工况。
国际法制计量组织制定的R46电能表国际建议和欧洲的电能表标准EN50470,增加了高次谐波、方波和尖顶波对电能表误差影响的试验。高次谐波影响量试验要求非同步试验信号的电压值为0.02Unom,电流值为0.1Itr,并将从15fnom到40fnom扫频的非同步试验信号先叠加到电压电路,再叠加到电流电路,测量相对于正弦条件下固有误差的误差偏移;方波和尖顶波影响量试验则规定了测试信号的1、3、5、7、11和13次电压及电流的幅值及相位。
现有的谐波发生器,其内置放大器在不同频率信号下的放大特性有所不同,加上电源本身缺少监控输出电压和电流信号的闭环控制,使得各次谐波的幅值不能达到设定值。试验时,测试信号波形会发生畸变,影响了电能表谐波影响量试验的测试结果。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足,提供一种用于智能电能表检测的高次谐波发生器,能产生满足R46国际建议的各类电压及电流谐波波形,为电能表各类谐波影响量试验提供测试信号。
为了解决上述技术问题,本发明是通过以下技术方案实现:
用于智能电能表检测的高次谐波发生器,包括:信号发生器、变压器T1、输入级电路、电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R411、放大器A6、电压放大电路、功率放大电路、变压器T2、变压器T3、电流互感器TA1、电压互感器TV1、开关S1、整流反馈电路、比较电路、光电隔离单元、三极管Q1和稳压二极管D1。
信号发生器的AC端口输出谐波信号并与变压器T1的一次侧连接,变压器T1的二次侧与输入级电路的输入端连接;输入级电路的输出端经电容C2和电阻R2与放大器A6反相端连接;电阻R411的两端分别与放大器A6的反向端和输出端连接;放大器A6的同向端接地;放大器A6的输出端连接到电压放大器电路,电压放大器电路的输出端与功率放大电路的输入端连接;功率放大电路的输出端与变压器T2一次侧绕组的一端连接,变压器T2一次侧绕组的另一端经电阻R4接地,同时经电阻R3与放大器A6的反相端连接;变压器T2的二次侧电压为电压输出信号Vout;变压器T3将变压器T2的二次侧输出电流转变为电流输出信号Iout;电压互感器TV1监测电压输出信号Vout;电流互感器TA1监测电流输出信号Iout;电压互感器TV1的二次侧和电流互感器TA1的二次侧可与开关S1连接,开关S1另一端与整流反馈电路输入端连接;整流反馈电路的一个输出端与比较电路的输入端连接;信号发生器的DCref端输出参考信号并与比较电路的另一个输入端连接;整流反馈电路的另一个输出端经电容C1和电阻R1与放大器A6反相端连接;信号发生器的BJ端输入报警信号并与光电隔离单元的输出端连接,光电隔离单元的输入端与三极管Q1的集电极连接,光电隔离单元的供电电源为+U;三极管Q1的发射级接地;三极管Q1的基极和稳压二极管D1的阳极连接,稳压二极管D1的阴极和比较电路的输出端连接。
进一步优选,所述的输入级电路,包括:放大器A4、乘法器、放大器A5、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C11、电容C12和电容C13。电阻R11的一端连接到变压器T1的二次侧绕组,另一端连接到放大器A4的反相端;电阻R12与电容C11并联,二端分别与放大器A4的反相端和输出端连接;放大器A4的同相端接地,放大器A4的输出端经电阻R13与乘法器的一个输入端连接,乘法器的另一个输入端连接到比较电路的输出端,乘法器的输出端经电阻R14与放大器A5的同相端连接;放大器A5的同相端经电阻R15接地;电阻R16与电容C12并联,一端接地,另一端连接到放大器A5的反相端;电阻R17与电容C13并联,二端分别与放大器A5的反相端和输出端连接;放大器A5的输出端与电容C2的一端连接。
进一步优选,所述的比较电路,包括:放大器A1、放大器A3、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、二极管D21和二极管D22。电阻R21一端与信号发生器DCref端连接,另一端与放大器A1的反相端连接;放大器的同相端接地;电阻R22二端分别与放大器A1的反相输入端和放大器A1的输出端相连;放大器A1的输出经电阻R24和放大器A3的同相端连接;电阻R23的一端与整流反馈电路的一个输出端连接,另一端与放大器A3的反相端连接;电阻R25与二极管D21并联,二极管D21的阳极和阴极分别与放大器A3的反相端和输出端相连;二极管D22的阳极与放大器A3的输出端相连,电阻R26的一端与二极管D22的阴极相连,另一端接地。
进一步优选,所述的整流反馈电路,包括:放大器A31、放大器A32、放大器A33、放大器A2、电阻R311、电阻R312、电阻R313、电阻R314、电阻R315、电阻R316、电阻R317、电阻R318、电阻R319、电阻R320、电阻R321、电阻R322、电阻R323、电阻R324、电容C31、电容C32、二极管D31、二极管D32、二极管D33、二级管D34、三极管Q31和三极管Q32。放大器A31的反相端与开关S1的一端连接,放大器A31的同相端接地;电阻R311的一端与放大器A31的反相端连接;放大器A2的反相端经电阻R321与电阻R311的另一端连接,电阻R311的另一端与电阻R315的一端连接;放大器A2的同相端接地;电阻R322的两端分别与放大器A2的反相端和输出端连接;电阻R312的二端分别与三极管Q31的集电极和基极连接;三极管Q31的集电极与电源+U连接;二极管D31的阳极和阴极分别与三极管Q31的基极和放大器A31的输出端连接;三极管Q31的发射极经电阻R314与电阻R315的一端连接,电阻R315的另一端与三极管Q32的发射极连接;二极管D32的阳极和阴极分别与二极管D31的阴极和三极管Q32的基极连接;三极管Q32的集电极与电源端-U连接;电阻R313的二端分别与三极管Q32的基极和集电极连接;电阻R324和电容C32并联,一端经电阻R323与放大器A33的输出端连接,另一端接地;电容C31和电阻R320并联,二端分别与放大器A33的反相端和输出端连接;放大器A33的同相端接地;放大器A33的反相端经电阻R319与二极管D34的阳极连接,二极管D34的阴极与放大器A32的输出端连接;电阻R317的二端分别与二极管D34的阳极和放大器A32的反相端连接;二极管D33的阳极和阴极分别与放大器A32的输出端和反相端连接;放大器A32的反相端经电阻R316与电阻R315的一端连接;电阻R318的二端分别与电阻R315的一端和放大器A33的反相端连接。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明提供一种用于智能电能表检测的高次谐波发生器,通过信号发生器产生所需的谐波信号,对谐波信号进行频率均衡放大,确保各次谐波放大输出后的幅值一致;通过整流反馈电路引入直流反馈和交流反馈,实现信号快速和准确调节,可用于智能电能表高次谐波试验。
附图说明
图1是本发明的原理框图;
图2是本发明的输入级电路示意图;
图3是本发明的比较电路示意图;
图4是本发明的整流反馈电路示意图。
图1-图4中,1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11表示接线线路,用于辅助本领域技术人员结合电路图更好的理解电子元件的接线方式,更容易的实施本发明。
具体实施方案
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述:
图1是本发明的原理框图,用于智能电能表检测的高次谐波发生器,包括:信号发生器、变压器T1、输入级电路、电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R411、放大器A6、电压放大电路、功率放大电路、变压器T2、变压器T3、电流互感器TA1、电压互感器TV1、开关S1、整流反馈电路、比较电路、光电隔离单元、三极管Q1和稳压二极管D1。信号发生器的AC端口输出高次谐波信号并经变压器T1与输入级电路的输入端连接;输入级电路的输出端经电容C2和电阻R2与放大器A6反相端连接;电阻R411的两端分别与放大器A6的反向端和输出端连接;放大器A6的同向端接地;电压放大电路将放大器A6的输出信号电压放大,再经率放大电路的进行功率放大,经变压器T2电压变换,其二次侧电压为电压输出信号Vout;变压器T3将变压器T2的二次侧输出电流转变为电流输出信号Iout;电压互感器TV1监测电压输出信号Vout;电流互感器TA1监测电流输出信号Iout;当输出电压信号Vout时,开关S1与电压互感器TV1的二次侧连接;当输出电流信号Iout时,开关S1与电流互感器TA1的二次侧连接。
开关S1另一端与整流反馈电路输入端连接,整流反馈电路的一个输出端与比较电路的输入端连接;信号发生器的DCref端输出参考信号并与比较电路的另一个输入端连接,构成直流反馈;整流反馈电路的另一个输出端经电容C1和电阻R1与放大器A6反相端连接,构成交流反馈。
信号发生器的BJ端输入报警信号并与光电隔离单元的输出端连接,光电隔离单元的输入端与三极管Q1的集电极连接,光电隔离单元的供电电源为+U;三极管Q1的发射级接地;三极管Q1的基极和稳压二极管D1的阳极连接,稳压二极管D1的阴极和比较电路的输出端连接,当输出的电压信号Vout或电流信号Iout与参考值相差太大时,装置会自动报警。
图2是本发明的输入级电路示意图,所述输入级电路包括:放大器A4、乘法器、放大器A5、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C11、电容C12和电容C13;电阻R11的一端连接到变压器T1的二次侧绕组,另一端连接到放大器A4的反相端;电阻R12与电容C11并联,二端分别与放大器A4的反相端和输出端连接;放大器A4的同相端接地,放大器A4的输出端经电阻R13与乘法器的一个输入端连接,乘法器的另一个输入端连接到比较电路的输出端,乘法器的输出端经电阻R14与放大器A5的同相端连接;放大器A5的同相端经电阻R15接地;电阻R16与电容C12并联,一端接地,另一端连接到放大器A5的反相端;电阻R17与电容C13并联,二端分别与放大器A5的反相端和输出端连接;放大器A5的输出端与电容C2的一端连接。
信号发生器AC端产生的高次谐波信号,经变压器T1后输入到输入级电路;放大器A4反相放大后,作为乘法器的一路输入;乘法器另一输入端信号是比较电路输出的直流反馈信号,通过直流反馈信号调节乘法器输出信号;乘法器输出的信号由放大器A5进行频率均衡放大,通过调节电容值的大小,调整信号在不同频率点增益大小。
图3是本发明的比较电路示意图,所述比较电路包括:放大器A1、放大器A3、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、二极管D21和二极管D22;电阻R21一端与信号发生器DCref端连接,另一端与放大器A1的反相端连接;放大器的同相端接地;电阻R22二端分别与放大器A1的反相输入端和放大器A1的输出端相连;放大器A1的输出经电阻R24和放大器A3的同相端连接;电阻R23的一端与整流反馈电路的一个输出端连接,另一端与放大器A3的反相端连接;电阻R25与二极管D21并联,二极管D21的阳极和阴极分别与放大器A3的反相端和输出端相连;二极管D22的阳极与放大器A3的输出端相连,电阻R26的一端与二极管D22的阴极相连,另一端接地。
整流反馈电路将电压互感器TV1或电流互感器TA1采集的信号整流,作为比较电路的一路输入,与经放大器A1反相放大后的信号发生器DCref端输出的直流参考信号比较:比直流参考信号偏小时,二极管D21反向截止,放大器A3工作在放大状态,输出信号增大;比直流参考信号偏大时,二极管D21导通,放大器A3变成射随器电路,使输出信号减小。
图4是本发明的整流反馈电路示意图,所述整流反馈电路包括:放大器A31、放大器A32、放大器A33、放大器A2、电阻R311、电阻R312、电阻R313、电阻R314、电阻R315、电阻R316、电阻R317、电阻R318、电阻R319、电阻R320、电阻R321、电阻R322、电阻R323、电阻R324、电容C31、电容C32、二极管D31、二极管D32、二极管D33、二级管D34、三极管Q31和三极管Q32;放大器A31的反相端与开关S1的一端连接,放大器A31的同相端接地;电阻R311的一端与放大器A31的反相端连接;放大器A2的反相端经电阻R321与电阻R311的另一端连接,电阻R311的另一端与电阻R315的一端连接;放大器A2的同相端接地;电阻R322的两端分别与放大器A2的反相端和输出端连接;电阻R312的二端分别与三极管Q31的集电极和基极连接;三极管Q31的集电极与电源+U连接;二极管D31的阳极和阴极分别与三极管Q31的基极和放大器A31的输出端连接;三极管Q31的发射极经电阻R314与电阻R315的一端连接,电阻R315的另一端与三极管Q32的发射极连接;二极管D32的阳极和阴极分别与二极管D31的阴极和三极管Q32的基极连接;三极管Q32的集电极与电源端-U连接;电阻R313的二端分别与三极管Q32的基极和集电极连接;电阻R324和电容C32并联,一端经电阻R323与放大器A33的输出端连接,另一端接地;电容C31和电阻R320并联,二端分别与放大器A33的反相端和输出端连接;放大器A33的同相端接地;放大器A33的反相端经电阻R319与二极管D34的阳极连接,二极管D34的阴极与放大器A32的输出端连接;电阻R317的二端分别与二极管D34的阳极和放大器A32的反相端连接;二极管D33的阳极和阴极分别与放大器A32的输出端和反相端连接;放大器A32的反相端经电阻R316与电阻R315的一端连接;电阻R318的二端分别与电阻R315的一端和放大器A33的反相端连接。
整流反馈电路将电压互感器TV1或电流互感器TA1采集的输出端信号,反馈到前级电路中;从放大器A2输出交流反馈信号,经电容C1及电阻R1输入给放大器A6的同向端,实现交流反馈调节;放大器A31与三极管Q31及三极管Q32够成乙类放大电路,当放大器A31反向输入端信号处于正半周时,三极管Q31截止,三极管Q32工作;当放大器A31反向输入端信号处于负半周时,三极管Q31工作,三极管Q32截止;放大器A32与放大器A33构成精密整流电路,将交流信号整流滤波为直流信号并输入给比较电路,实现直流反馈调节。
本发明中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.用于智能电能表检测的高次谐波发生器,包括:信号发生器、变压器T1、输入级电路、电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R411、放大器A6、电压放大电路、功率放大电路、变压器T2、变压器T3、电流互感器TA1、电压互感器TV1、开关S1、整流反馈电路、比较电路、光电隔离单元、三极管Q1和稳压二极管D1;其特征是:信号发生器的AC端口输出谐波信号并与变压器T1的一次侧连接,变压器T1的二次侧与输入级电路的输入端连接;输入级电路的输出端经电容C2和电阻R2与放大器A6反相端连接;电阻R411的两端分别与放大器A6的反向端和输出端连接;放大器A6的同向端接地;放大器A6的输出端连接到电压放大器电路,电压放大器电路的输出端与功率放大电路的输入端连接;功率放大电路的输出端与变压器T2一次侧绕组的一端连接,变压器T2一次侧绕组的另一端经电阻R4接地,同时经电阻R3与放大器A6的反相端连接;变压器T2的二次侧电压为电压输出信号Vout;变压器T3将变压器T2的二次侧输出电流转变为电流输出信号Iout;电压互感器TV1监测电压输出信号Vout;电流互感器TA1监测电流输出信号Iout;电压互感器TV1的二次侧和电流互感器TA1的二次侧可与开关S1连接,开关S1另一端与整流反馈电路输入端连接;整流反馈电路的一个输出端与比较电路的输入端连接;信号发生器的DCref端输出参考信号并与比较电路的另一个输入端连接;整流反馈电路的另一个输出端经电容C1和电阻R1与放大器A6反相端连接;信号发生器的BJ端输入报警信号并与光电隔离单元的输出端连接,光电隔离单元的输入端与三极管Q1的集电极连接,光电隔离单元的供电电源为+U;三极管Q1的发射级接地;三极管Q1的基极和稳压二极管D1的阳极连接,稳压二极管D1的阴极和比较电路的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的用于智能电能表检测的高次谐波发生器,其特征是:所述输入级电路包括:放大器A4、乘法器、放大器A5、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C11、电容C12和电容C13;电阻R11的一端连接到变压器T1的二次侧绕组,另一端连接到放大器A4的反相端;电阻R12与电容C11并联,二端分别与放大器A4的反相端和输出端连接;放大器A4的同相端接地,放大器A4的输出端经电阻R13与乘法器的一个输入端连接,乘法器的另一个输入端连接到比较电路的输出端,乘法器的输出端经电阻R14与放大器A5的同相端连接;放大器A5的同相端经电阻R15接地;电阻R16与电容C12并联,一端接地,另一端连接到放大器A5的反相端;电阻R17与电容C13并联,二端分别与放大器A5的反相端和输出端连接;放大器A5的输出端与电容C2的一端连接。
3.根据权利要求1所述的用于智能电能表检测的高次谐波发生器,其特征是:所述比较电路包括:放大器A1、放大器A3、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、二极管D21和二极管D22;电阻R21一端与信号发生器DCref端连接,另一端与放大器A1的反相端连接;放大器的同相端接地;电阻R22二端分别与放大器A1的反相输入端和放大器A1的输出端相连;放大器A1的输出经电阻R24和放大器A3的同相端连接;电阻R23的一端与整流反馈电路的一个输出端连接,另一端与放大器A3的反相端连接;电阻R25与二极管D21并联,二极管D21的阳极和阴极分别与放大器A3的反相端和输出端相连;二极管D22的阳极与放大器A3的输出端相连,电阻R26的一端与二极管D22的阴极相连,另一端接地。
4.根据权利要求1所述的用于智能电能表检测的高次谐波发生器,其特征是:所述整流反馈电路包括:放大器A31、放大器A32、放大器A33、放大器A2、电阻R311、电阻R312、电阻R313、电阻R314、电阻R315、电阻R316、电阻R317、电阻R318、电阻R319、电阻R320、电阻R321、电阻R322、电阻R323、电阻R324、电容C31、电容C32、二极管D31、二极管D32、二极管D33、二级管D34、三极管Q31和三极管Q32;放大器A31的反相端与开关S1的一端连接,放大器A31的同相端接地;电阻R311的一端与放大器A31的反相端连接;放大器A2的反相端经电阻R321与电阻R311的另一端连接,电阻R311的另一端与电阻R315的一端连接;放大器A2的同相端接地;电阻R322的两端分别与放大器A2的反相端和输出端连接;电阻R312的二端分别与三极管Q31的集电极和基极连接;三极管Q31的集电极与电源+U连接;二极管D31的阳极和阴极分别与三极管Q31的基极和放大器A31的输出端连接;三极管Q31的发射极经电阻R314与电阻R315的一端连接,电阻R315的另一端与三极管Q32的发射极连接;二极管D32的阳极和阴极分别与二极管D31的阴极和三极管Q32的基极连接;三极管Q32的集电极与电源端-U连接;电阻R313的二端分别与三极管Q32的基极和集电极连接;电阻R324和电容C32并联,一端经电阻R323与放大器A33的输出端连接,另一端接地;电容C31和电阻R320并联,二端分别与放大器A33的反相端和输出端连接;放大器A33的同相端接地;放大器A33的反相端经电阻R319与二极管D34的阳极连接,二极管D34的阴极与放大器A32的输出端连接;电阻R317的二端分别与二极管D34的阳极和放大器A32的反相端连接;二极管D33的阳极和阴极分别与放大器A32的输出端和反相端连接;放大器A32的反相端经电阻R316与电阻R315的一端连接;电阻R318的二端分别与电阻R315的一端和放大器A33的反相端连接。
5.根据权利要求2所述的用于智能电能表检测的高次谐波发生器,其特征是:信号发生器AC端产生的高次谐波信号,经变压器T1后输入到输入级电路;放大器A4反相放大后,作为乘法器的一路输入;乘法器另一输入端信号是比较电路输出的直流反馈信号,通过直流反馈信号调节乘法器输出信号;乘法器输出的信号由放大器A5进行频率均衡放大,通过调节电容值的大小,调整信号在不同频率点增益大小。
6.根据权利要求3所述的用于智能电能表检测的高次谐波发生器,其特征是:整流反馈电路将电压互感器TV1或电流互感器TA1采集的信号整流,作为比较电路的一路输入,与经放大器A1反相放大后的信号发生器DCref端输出的直流参考信号比较:比直流参考信号偏小时,二极管D21反向截止,放大器A3工作在放大状态,输出信号增大;比直流参考信号偏大时,二极管D21导通,放大器A3变成射随器电路,使输出信号减小。
7.根据权利要求4所述的用于智能电能表检测的高次谐波发生器,其特征是:整流反馈电路将电压互感器TV1或电流互感器TA1采集的输出端信号,反馈到前级电路中;从放大器A2输出交流反馈信号,经电容C1及电阻R1输入给放大器A6的同向端,实现交流反馈调节;放大器A31与三极管Q31及三极管Q32够成乙类放大电路,当放大器A31反向输入端信号处于正半周时,三极管Q31截止,三极管Q32工作;当放大器A31反向输入端信号处于负半周时,三极管Q31工作,三极管Q32截止;放大器A32与放大器A33构成精密整流电路,将交流信号整流滤波为直流信号并输入给比较电路,实现直流反馈调节。
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