CN113687130A - 一种电压测量方法及其应用装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的电压测量方法及其应用装置，应用于测控技术领域，该方法首先获取采样电路的当前采样电压和实际采样比例，然后根据所得当前采样电压和实际采样比例，计算待测量电路的当前工作电压。由于本发明提供的电压测量方法中，所使用的实际采样比例是基于待测量电路输出校验工作电压时采样电路的校验采样电压以及该校验工作电压计算得到的，采样比例并非依赖于采样电阻的阻值计算得到，因此，可以避免电阻阻值偏差的影响，进而提高电压测量的准确度。

Description

一种电压测量方法及其应用装置

技术领域

本发明涉及测控技术领域，特别涉及一种电压测量方法及其应用装置。

背景技术

在很多应用场景中，对电路工作电压的测量有着极高的精度要求，需要将电压测量的误差控制在极小的范围内，以图1所示的中压变频器为例，整流变压器的副边绕组连接有级联的功率变换单元，通过级联的功率变换单元为用电负载供电。由于实际应用中整流变压器的副边绕组往往存在阻抗不平衡的情况，导致级联的功率变换单元输出电压不平衡，为了获知输出电压的不平衡度，即需要对中压变频器的输出电压进行测量。

进一步的，图1所示的现有技术中，采样电路与级联的功率变换单元相连，采集相应的采样电压，同时，采样电路对应着基于电阻阻值设置的采样比例，可以根据所得采样电压和采样比例，反算得到中压变频器的输出电压。

然而，发明人研究发现，在实际应用中，采样电路中采样电阻的阻值不可避免的存在一定偏差，导致基于采样比例得到的采样电压不准确，进而影响对中压变频器电压不平衡度的控制，难以满足实际应用需求。

发明内容

本发明提供一种电压测量方法及其应用装置，基于校验工作电压以及待测量电路输出校验工作电压时采样电路的校验采样电压计算得到采样电路的实际采样比例，不再依赖采样电阻的阻值确定采样比例，抵消电阻阻值偏差的影响，进而提高电压测量的准确度。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种电压测量方法，包括：

获取采样电路的当前采样电压和实际采样比例；

其中，所述实际采样比例基于待测量电路输出校验工作电压时所述采样电路的校验采样电压，以及所述校验工作电压计算得到；

根据所述当前采样电压和所述实际采样比例，计算所述待测量电路的当前工作电压。

可选的，获取所述实际采样比例的过程，包括：

获取所述待测量电路输出所述校验工作电压时所述采样电路的采样电压，得到校验采样电压；

基于所述校验工作电压和所述校验采样电压确定所述采样电路的实际采样比例。

可选的，所述待测量电路为三相电路；

所述获取所述待测量电路输出所述校验工作电压时所述采样电路的采样电压，得到校验采样电压，包括：

获取所述待测量电路分别单独输出各相所述校验工作电压时所述采样电路目标相的采样电压，得到目标相的校验采样电压；

其中，所述目标相为三相中的任意两相。

可选的，所述基于所述校验工作电压和所述校验采样电压确定所述采样电路的实际采样比例，包括:

按照如下公式确定所述采样电路的第一实际采样比例：

其中，K表示所述采样电路的第一实际采样比例；

U_a1、U_b1、U_c1分别表示所述待测量电路单独输出对应相的校验工作电压；

U_mj表示所述待测量电路单独输出各相所述校验工作电压时，所述采样电路第一个目标相的校验采样电压，j＝1，2，3；

U_nj表示所述待测量电路单独输出各相所述校验工作电压时，所述采样电路第二个目标相的校验采样电压。

可选的，所述获取所述待测量电路分别单独输出各相所述校验工作电压时所述采样电路目标相的采样电压，得到目标相的校验采样电压，包括：

将三相电路中的各相分别作为基准相；

控制所述待测量电路输出基准相的校验工作电压；

获取所述待测量电路输出基准相的校验工作电压时所述采样电路目标相的采样电压，得到目标相的校验采样电压。

可选的，所述基于所述校验工作电压和所述校验采样电压确定所述采样电路的实际采样比例，还包括：

对所述第一实际采样比例进行逆运算；

将逆运算所得逆矩阵作为所述采样电路的第二实际采样比例。

可选的，所述待检测电路为单相电路；

所述基于所述校验工作电压和所述校验采样电压确定所述采样电路的实际采样比例，包括：

将所述校验采样电压与所述校验工作电压的比值，作为所述采样电路的实际采样比例。

可选的，所述根据所述当前采样电压和所述实际采样比例，计算所述待测量电路的当前工作电压，包括：

计算所述当前采样电压与所述实际采样比例的商值，或者，计算所述当前采样电压与所述实际采样比例的倒数的乘积；

将所述商值或所述乘积作为所述待测量电路的当前工作电压。

第二方面，本发明提供一种电压测量装置，包括：采样电路和控制器，其中，

所述采样电路与待测量电路相连；

所述控制器分别与所述待测量电路和所述采样电路相连，并执行本发明第一方面任一项所述的电压测量方法。

可选的，所述采样电路包括三相采样电路或单相采样电路。

第三方面，本发明提供一种中压变频器，包括：整流变压器、多个功率变换单元和本发明第二方面任一项所述的电压测量装置，其中，

各所述功率变换单元的输入端与所述整流变压器中相应相的相应副边绕组相连；

属于同一相的功率变换单元的输出端级联，得到相应相的级联电路；

所述电压测量装置中的采样电路分别与各所述级联电路相连；

所述电压测量装置中的控制器与各所述功率变换单元相连。

本发明提供的电压测量方法，首先获取采样电路的当前采样电压和实际采样比例，然后根据所得当前采样电压和实际采样比例，计算待测量电路的当前工作电压。由于本发明提供的电压测量方法中，所使用的实际采样比例是基于待测量电路输出校验工作电压时采样电路的校验采样电压以及该校验工作电压计算得到的，采样比例并非依赖于采样电阻的阻值计算得到，因此，可以避免电阻阻值偏差的影响，进而提高电压测量的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，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，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是现有技术中一种中频变压器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种电压测量方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的采样电路实际采样比例获取方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的电压测量装置中控制器的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明实施例提供的电压测量方法可以应用于电子设备，该电子设备可以单片机、微控制器、DSP等能够获取数据并执行相应控制程序的电子设备。参见图2，图2是本发明实施例提供的一种电压测量方法的流程图，本实施例提供的电压测量方法的流程，可以包括：

S100、获取采样电路的当前采样电压和实际采样比例。

如图1所示，现有技术中的采样电路是基于分压原理实现的，比如，采样电阻R1＝1Ω，采样电阻R2＝99Ω，此种情况下，采样电路的理论采样比例即1/100，进一步的，采样电阻R1的两端还同时作为采样电压输出端反馈采样电压，控制器在获取到采样电压后，根据该理论采样比例即可计算得到待测量电路对应的工作电压。比如，采样电压为1V，1/(1/100)＝100V，即待测量电路的工作电压为100V。

然而，在实际应用中，采样电阻的阻值与标称值往往是有偏差的，导致真实的采样比例与理论采样比例不同，由于计算过程中仍然使用的是理论采样比例，必然会导致电压测量结果的不准确。

为解决上述问题，本发明实施例提供的电压测量方法，不再采用采样电路的理论采样比例，而是使用采样电路的实际采样比例，更为重要的是，该实际采样比例是基于实际校验结果得到的，在控制待测量电路输出已知的校验工作电压的情况下，获取采样电路的校验采样电压，进一步基于校验采样电压和校验工作电压计算得到采样电路的实际采样比例，由于实际采样比例是在采样电路的实际运行的基础上得到的，电阻实际值与标称值之间的偏差不会影响实际采样比例。对于实际采样比例的具体获取过程将在后续内容中展开，此处暂不详述。

可选的，对于采样电路的当前采样电压的获取，可以基于现有技术实现，本发明对此不做限定。

S110、根据当前采样电压和实际采样比例，计算待测量电路的当前工作电压。

可选的，在得到当前采样电压和实际采样比例之后，可以计算当前采样电压与实际采样比例的商值，即用当前采样电压除以实际采样比例，或者，计算当前采样电压与实际采样比例的倒数的乘积，所得商值或所得乘积即待测量电路的当前工作电压。

综上所述，本发明提供的电压测量方法中，所使用的实际采样比例是基于待测量电路输出校验工作电压时采样电路的校验采样电压以及该校验工作电压计算得到的，采样比例并非依赖于采样电阻的标称阻值计算得到，因此，可以避免电阻阻值偏差的影响，进而提高电压测量的准确度。

可以想到的是，对于确定的采样电路而言，其内部的各采样电阻的阻值是确定的，因此，在实际应用中，只要预先确定采样电路的实际采样比例，在后续的使用过程中，便不再需要再次计算，直接使用计算所得实际采样比例即可。

下面对本发明实施例中述及的采样电路的实际采样比例的获取过程进行说明。可选的，参见图3，图3是本发明实施例提供的另一种电压测量方法的流程图，该流程可以包括：

S200、获取待测量电路输出校验工作电压时采样电路的采样电压，得到校验采样电压。

为了获取采样电路的实际采样比例，需要预设已知的校验工作电压，该预设校验工作电压可以基于待测量电路的实际工作电压设置，可以选择待测量电路的额定工作电压，也可以选择低于额定工作电压的任一确定的电压值作为校验工作电压，在实际应用中，只要是不会对待测量电路的用电安全造成影响的电压值都是可选的，本发明对于校验工作电压的具体取值不做限定。

进一步的，控制待测量电路输出校验工作电压，或者说，控制待测量电路以校验电压工作时，采样电路必然会反馈相应的采样电压，本实施例将此种情况下的采样电压定义为校验采样电压。

可以想到的是，实际应用中待测量电路可以是三相电路，也可以是单相电路，三相电路与单相电路在此步骤中的具体处理方式有所区别。

具体的，如果待测量电路是三相电路，则应以三相电路中a相、b相、c相分别作为基准相，控制待测量电路输出基准相的校验工作电压，并在待测量电路输出基准相的校验工作电压的情况下，获取采样电路目标相的采样电压，便可得到目标相的校验采样电压。其中，本实施例所述及的目标相，可以是三相中的任意两相。

需要说明的是，本实施例述及的目标相可以包括前述参考相，也可以是参考相以外的另外两相。比如，将a相作为基准相，控制待测量电路输出a相校验工作电压，此种情况下，基于三相电路的基本原理可知，采样电路的三相同时都会存在相应的采样电压，分别获取各相的采样电压，即得到对应相的校验采样电压，基于此，可以选择a相和b相作为目标相，也可以选择b相和c相作为目标相，当然还以选择a相和c相作为目标相。以此类推，分别控制待测量电路输出b相校验工作电压和c相校验工作电压，便可分别得到相应的校验采样电压。

需要注意的是，在待测量电路分别输出各相的校验工作电压时，目标相应选择相同的两相，比如，在基准相为a相时，目标相选择b相和c相，那么在后续将b相和c相作为基准相时，应同样选择b相和c相作为目标相。

可选的，对于待测量电路为单相电路的情况则较为简单，控制待测量电路输出校验工作电压，采样电路反馈的电压即为相应的采样电压，即前述基准相和目标相位同一相，此处不再详述。

S210、基于校验工作电压和校验采样电压确定采样电路的实际采样比例。

首先介绍待测量电路为三相电路的情况。具体的，如果在待测量电路输出任一基准相校验工作电压的情况下，采集三相中的任意两相作为目标相，获取目标相的校验采样电压，则可以基于线性叠加原理，在所得校验工作电压和校验采样电压的基础上构建如下电压平衡方程：

其中，U_a1、U_b1、U_c1分别表示待测量电路单独输出的基准相校验工作电压；

U_mj表示待测电路单独输出基准相校验工作电压时，采样电路第一个目标相的校验采样电压，j＝1,2,3；

U_nj表示待测量电路单独输出基准相校验工作电压时，采样电路第二个目标相的校验采样电压；

U_a、U_b、U_c分别表示待测量电路的实际工作电压；

K即表示采样电路的第一实际采样比例；

U_m表示待测量电路同时输出三相实际工作电压时，采样电路第一个目标相的采样电压；

U_n表示待测量电路同时输出三相实际工作电压时，采样电路第二个目标相的采样电压。

需要说明的是，上式中的“1”表示三相校验工作电压中的正负序分量，不考虑其中的零序分量。以U_m1/U_a为例，表示a相校验工作电压单独作用时的标幺化校验采样电压。

基于校验工作电压和校验采样电压构建上述平衡方程后，系数K即本申请述及的采样电路的实际采样比例，本实施例将其定义为第一实际采样比例。根据上述电压平衡方程的构建过程可以看出，在实际应用中，能够采集到的电压是U_m和U_n，U_a、U_b、U_c是需要计算得到的参数，采用第一实际采样比例就算U_a、U_b、U_c并不方便，因此，在上述第一实际采样比例的基础上，对第一实际采样比例进行逆运算，所得逆矩阵即第二实际采样比例。

在采用第二实际采样比例的情况下，直接获取U_m和U_n，利用矩阵乘法，便可直接计算得到三相的实际工作电压。

进一步的，对于待测量电路为单相电路的情况，则可以构建如下的电压平衡方程：

U_g＝L×U_d

其中，U_g表示校验采样电压；

U_d表示校验工作电压；

L表示实际采样比例。

基于上述单相的电压平衡方程，校验采样电压与校验工作电压的比值，即采样电路的实际采样比例。

可选的，本发明实施例还提供一种电压测量装置，该电压测量装置包括采样电路和控制器，采样电路与待测量电路相连，控制器分别与采样电路和待测量电路相连。其中，采样电路可以是三相采样电路也可以是单相采样电路，具体基于待测量电路选取，至于采样电路的具体电路拓扑可以基于现有技术实现，此处不再赘述。

参见图4，图4是本发明实施例提供的电压测量装置中控制器的结构框图，如图4所示，可以包括：至少一个处理器100，至少一个通信接口200，至少一个存储器300和至少一个通信总线400；

在本发明实施例中，处理器100、通信接口200、存储器300、通信总线400的数量为至少一个，且处理器100、通信接口200、存储器300通过通信总线400完成相互间的通信；显然，图4所示的处理器100、通信接口200、存储器300和通信总线400所示的通信连接示意仅是可选的；

可选的，通信接口200可以为通信模块的接口，如GSM模块的接口；

处理器100可能是一个中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。

存储器300，存储有应用程序，可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

其中，处理器100具体用于执行存储器内的应用程序，以实现上述所述的电压测量方法的任一实施例。

可选的，本发明实施例还提供一种中压变频器，包括：整流变压器、多个功率变换单元和上述任一项实施例提供的电压测量装置，其中，

各功率变换单元的输入端与整流变压器中相应相的相应副边绕组相连；

属于同一相的功率变换单元的输出端级联，得到相应相的级联电路；

电压测量装置中的采样电路分别与各级联电路相连；

电压测量装置中的控制器与各功率变换单元相连。

本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。

需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业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核心思想或范围的情况下，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 (11)

1.一种电压测量方法，其特征在于，包括：

获取采样电路的当前采样电压和实际采样比例；

其中，所述实际采样比例基于待测量电路输出校验工作电压时所述采样电路的校验采样电压，以及所述校验工作电压计算得到；

根据所述当前采样电压和所述实际采样比例，计算所述待测量电路的当前工作电压。

2.根据权利要求1所述的电压测量方法，其特征在于，获取所述实际采样比例的过程，包括：

获取所述待测量电路输出所述校验工作电压时所述采样电路的采样电压，得到校验采样电压；

基于所述校验工作电压和所述校验采样电压确定所述采样电路的实际采样比例。

3.根据权利要求2所述的电压测量方法，其特征在于，所述待测量电路为三相电路；

所述获取所述待测量电路输出所述校验工作电压时所述采样电路的采样电压，得到校验采样电压，包括：

获取所述待测量电路分别单独输出各相所述校验工作电压时所述采样电路目标相的采样电压，得到目标相的校验采样电压；

其中，所述目标相为三相中的任意两相。

4.根据权利要求3所述的电压测量方法，其特征在于，所述基于所述校验工作电压和所述校验采样电压确定所述采样电路的实际采样比例，包括:

按照如下公式确定所述采样电路的第一实际采样比例：

其中，K表示所述采样电路的第一实际采样比例；

U_a1、U_b1、U_c1分别表示所述待测量电路单独输出对应相的校验工作电压；

U_mj表示所述待测量电路单独输出各相所述校验工作电压时，所述采样电路第一个目标相的校验采样电压，j＝1，2，3；

U_nj表示所述待测量电路单独输出各相所述校验工作电压时，所述采样电路第二个目标相的校验采样电压。

5.根据权利要求3所述的电压测量方法，其特征在于，所述获取所述待测量电路分别单独输出各相所述校验工作电压时所述采样电路目标相的采样电压，得到目标相的校验采样电压，包括：

将三相电路中的各相分别作为基准相；

控制所述待测量电路输出基准相的校验工作电压；

获取所述待测量电路输出基准相的校验工作电压时所述采样电路目标相的采样电压，得到目标相的校验采样电压。

6.根据权利要求4所述的电压测量方法，其特征在于，所述基于所述校验工作电压和所述校验采样电压确定所述采样电路的实际采样比例，还包括：

对所述第一实际采样比例进行逆运算；

将逆运算所得逆矩阵作为所述采样电路的第二实际采样比例。

7.根据权利要求2所述的电压测量方法，其特征在于，所述待检测电路为单相电路；

所述基于所述校验工作电压和所述校验采样电压确定所述采样电路的实际采样比例，包括：

将所述校验采样电压与所述校验工作电压的比值，作为所述采样电路的实际采样比例。

8.根据权利要求1所述的电压测量方法，其特征在于，所述根据所述当前采样电压和所述实际采样比例，计算所述待测量电路的当前工作电压，包括：

计算所述当前采样电压与所述实际采样比例的商值，或者，计算所述当前采样电压与所述实际采样比例的倒数的乘积；

将所述商值或所述乘积作为所述待测量电路的当前工作电压。

9.一种电压测量装置，其特征在于，包括：采样电路和控制器，其中，

所述采样电路与待测量电路相连；

所述控制器分别与所述待测量电路和所述采样电路相连，并执行权利要求1至8任一项所述的电压测量方法。

10.根据权利要求9所述的电压测量装置，其特征在于，所述采样电路包括三相采样电路或单相采样电路。

11.一种中压变频器，其特征在于，包括：整流变压器、多个功率变换单元和权利要求9-10任一项所述的电压测量装置，其中，

各所述功率变换单元的输入端与所述整流变压器中相应相的相应副边绕组相连；

属于同一相的功率变换单元的输出端级联，得到相应相的级联电路；

所述电压测量装置中的采样电路分别与各所述级联电路相连；

所述电压测量装置中的控制器与各所述功率变换单元相连。

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