CN202159097U - 一种直流矿井提升机变流器谐波检测装置 - Google Patents

一种直流矿井提升机变流器谐波检测装置 Download PDF

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姜建国
伍小杰
左东升
周娟
吴玮
王贵峰
于月森
张勇
周书颖
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XUZHOU BAODI ELECTRIC CO Ltd
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Abstract

一种直流矿井提升机变流器谐波检测装置，属于变流器谐波检测装置。该谐波检测装置包括电网信号检测器、信号调理器和信号采集处理器，电网信号检测器的输入端与动力线连接，电网信号检测器的输出端通过信号调理器与信号采集处理器连接，信号采集处理器的输出端为谐波输出端。该装置计算一个周期谐波只需12个点的有关数据，计算过程中所用内存很少；在预先确定的子程序，只代入12点的数据即可算出结果，计算速度非常快；由于用
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
的解析解来计算谐波时，计算精度主要取决于逻辑开关动作点的准确程度，采用变步长“跳回”技术，所得到的结果能达到很高的精度。

Description

一种直流矿井提升机变流器谐波检测装置
技术领域
本实用新型涉及一种变流器谐波检测装置，尤其涉及一种直流矿井提升机变流器谐波检测装置。
背景技术
关于谐波检测装置的计算方法，通常使用傅里叶级数展开计算，任何波形或函数，经过傅里叶级数展开，能得到各种频率的分量，其中有基波分量，也有谐波分量，而这些分量正是我们所要求取的。
一个简单的波形用傅里叶级数展开是方便的、可行的。但对一个复杂波形来说，例如晶闸管变流器的波形，在一个周期里含有12段波形，各段波形均不尽相同，尤其是动态调节过程中的波形，各个一周期都是变化的，此时便难用傅里叶级数展开。这时人们会想到快速Forier变换（FFT）法，这种方法是有效的，也是非常实用的。在采用FFT法计算变流器谐波，要对每个周期上的波形作若干采样，然后根据这些采样值进行分析计算。采样点的多少直接影响计算精度和运算速度。采样点少，需内存少，运算快些，但精度差；采样点多，精度高，但又付出占内存大，运算慢的代价。一般来说，对一个波形，要达到一定精度，至少采样几百到上千个点，因此FFT计算方法的检测成本和运算成本都很高。
发明内容
本实用新型的目的是要提供一种直流矿井提升机变流器谐波检测装置，解决FFT计算量大，占内存大的问题。
本实用新型的目的是这样实现的：该谐波检测装置包括电网信号检测器、信号调理器和信号采集处理器，电网信号检测器的输入端与动力线连接，电网信号检测器的输出端通过信号调理器与信号采集处理器连接，信号采集处理器的输出端为谐波输出端；
所述的电网信号检测器是在电流互感器1二次侧串入                                               的电阻3，在电压互感器2二次侧并联有二个串联的电阻，一个的电阻4和一个1
Figure 2011201973556100002DEST_PATH_IMAGE006
和电阻，在二个电阻串联的电阻之间有分压端；
Figure 60430DEST_PATH_IMAGE002
的电阻3的输出端和串联的电阻分压端与AD采样电路连接；
Figure 412914DEST_PATH_IMAGE002
的电阻3的输出端和串联的电阻分压端输出电网检测信号；
所述的AD采样电路包括信号调理电路和AD转换电路，其中调理电路为现有通用信号处理技术，包括低通滤波电路、信号放大电路、限幅电路，输入的电网检测信号经电阻R1、电容C1构成的低通滤波器，接入到运算放大器U1A的正向输入端，U1A的反向输入端与U1A的输出相连，组成电压跟随器，其输出端经过电阻R2接入到运算放大器U1B的正向输入端，U1B的反向输入端通过电阻R3连接到地，U1B的输出端通过电阻R5连接到其反向输入端，并且通过电阻R4与地相连，运算放大器U1B的输出端与两个串联的反向二极管D1、D2相连，组成限幅电路，反向二极管D1、D2之间为模拟量信号输出端；
所述的信号采集处理器包括信号调理电路、AD转换电路和DSP电路，模拟量信号进过调理电路后经AD转换电路与DSP电路连接，AD转换电路将模拟量信号转换成数字检测信号，数字检测信号通过数据总线、地址总线和控制总线传入DSP控制器，交由DSP计算处理。所述的AD转换电路为AD采样芯片ADS8365，DSP电路为TI公司的TMS320F2812最小系统。
有益效果，由于采用了上述方案，该装置计算一个周期谐波只需12个点的有关数据，计算过程中所用内存很少；在预先确定的子程序，只代入12点的数据即可算出结果，计算速度非常快；由于用
Figure 2011201973556100002DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
的解析解来计算谐波时，计算精度主要取决于逻辑开关动作点的准确程度，采用变步长“跳回”技术，所得到的结果能达到很高的精度。解决了FFT计算量大，占内存大的问题，达到了本实用新型的目的。
附图说明
图1是本实用新型检测谐波的整体框图。
图2是本实用新型的检测电网信号原理图。
图3是本实用新型的调理电路原理图。
图中，1、电流互感器；2、电压互感器；3、
Figure 729364DEST_PATH_IMAGE002
电阻；4、电阻；5、AD采样电路。
具体实施方式
实施例1：该谐波检测装置包括电网信号检测器、信号调理器和信号采集处理器，电网信号检测器的输入端与动力线连接，电网信号检测器的输出端通过信号调理器与信号采集处理器连接，信号采集处理器的输出端为谐波输出端；
所述的电网信号检测器为不影响配电盘上的其他控制信号，电流信号是在电流互感器1二次侧串入的电阻3将电流信号转换为电压信号，以便交给后面信号采集电路处理，电压信号是在电压互感器2二次侧并联有二个串联的电阻，一个
Figure 60485DEST_PATH_IMAGE004
的电阻4和一个1
Figure 49301DEST_PATH_IMAGE006
和电阻，在二个电阻串联的电阻之间有分压端来获得电网电压信号。
Figure 974531DEST_PATH_IMAGE002
的电阻3的输出端和串联的电阻分压端与AD采样电路5连接；
Figure 198839DEST_PATH_IMAGE002
的电阻3的输出端和串联的电阻分压端输出电网检测信号；
所述的信号调理器包括调理电路和AD转换电路，其中调理电路包括低通滤波电路、信号放大电路、限幅电路，输入的电网检测信号经电阻R1、电容C1构成的低通滤波器，接入到运算放大器U1A的正向输入端，U1A的反向输入端与U1A的输出相连，组成电压跟随器，其输出端经过电阻R2接入到运算放大器U1B的正向输入端，U1B的反向输入端通过电阻R3连接到地，U1B的输出端通过电阻R5连接到其反向输入端，并且通过电阻R4与地相连，运算放大器U1B的输出端与两个串联的反向二极管D1、D2相连，组成限幅电路，反向二极管D1、D2之间为模拟量信号输出端；
所述的信号采集处理器包括信号调理电路、AD转换电路和DSP电路模拟量信号进过调理电路后经AD转换电路与DSP电路连接，AD转换电路将模拟量信号转换成数字检测信号，数字检测信号通过数据总线、地址总线和控制总线传入DSP控制器，交由DSP计算处理。所述的AD转换电路为AD采样芯片ADS8365，DSP电路为TI公司的TMS320F2812最小系统电路。
根据开关点动作情况，记录有信号检测部分得到的电网电压、电流数据，当记录一个循环12个点的数据后，代入到谐波计算子程序可得三相交流电流、直流电流、直流电压及交流电压畸变等谐波情况。
本实用新型提出一种基于新变流器系统谐波计算方法——开关点采样法的检测装置。该装置的计算方法仍然利用Fourier级数分析，但计算过程优越于FFT法。采用开关点采样法计算谐波时，对每个周期，只需十几个点的有关数据，若系统稳定，则只需12个点的数据，这十几个点的数据直接代入子程序，能快速地得出各谐波分量。
变流装置逻辑开关模型核心方程的解析解形式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
           
Figure DEST_PATH_IMAGE014
Figure DEST_PATH_IMAGE016
                
Figure 637167DEST_PATH_IMAGE014
从变流器系统逻辑开关模型可以看出，变流器特性取决于
Figure 921518DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 334045DEST_PATH_IMAGE010
，只要计算出这两个电流特性，交直流回路其它变量特性就可直接得到。因此变流器系统谐波计算问题归结为如何进行直流电流
Figure 237410DEST_PATH_IMAGE008
和换相电流
Figure 418992DEST_PATH_IMAGE010
的谐波计算。
电流
Figure 608665DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 508488DEST_PATH_IMAGE010
已有解析解形式，要进行谐波计算，用傅里叶级数展开即可。由于变流器工作过程（即换相和不换相过程）是交替进行的，因此，傅里叶级数展开的积分上、下限就是工作过程的交接点，即逻辑开关动作点。通过信号检测电路，检测出逻辑开关动作的时刻和有关数据，就可计算出
Figure 74599DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 750169DEST_PATH_IMAGE010
的谐波特性。

Claims (1)

1.一种直流矿井提升机变流器谐波检测装置，其特征是：该谐波检测装置包括电网信号检测器、信号调理器和信号采集处理器，电网信号检测器的输入端与动力线连接，电网信号检测器的输出端通过信号调理器与信号采集处理器连接，信号采集处理器的输出端为谐波输出端；
所述的电网信号检测器是在电流互感器1二次侧串入                                               
Figure 2011201973556100001DEST_PATH_IMAGE002
的电阻3，在电压互感器2二次侧并联有二个串联的电阻，一个的电阻4和一个1和电阻，在二个电阻串联的电阻之间有分压端；
Figure 929468DEST_PATH_IMAGE002
的电阻3的输出端和串联的电阻分压端与AD采样电路连接；
Figure 316587DEST_PATH_IMAGE002
的电阻3的输出端和串联的电阻分压端输出电网检测信号；
所述的AD采样电路包括信号调理电路和AD转换电路，其中调理电路为现有通用信号处理技术，包括低通滤波电路、信号放大电路、限幅电路，输入的电网检测信号经电阻R1、电容C1构成的低通滤波器，接入到运算放大器U1A的正向输入端，U1A的反向输入端与U1A的输出相连，组成电压跟随器，其输出端经过电阻R2接入到运算放大器U1B的正向输入端，U1B的反向输入端通过电阻R3连接到地，U1B的输出端通过电阻R5连接到其反向输入端，并且通过电阻R4与地相连，运算放大器U1B的输出端与两个串联的反向二极管D1、D2相连，组成限幅电路，反向二极管D1、D2之间为模拟量信号输出端；
所述的信号采集处理器包括信号调理电路、AD转换电路和DSP电路，模拟量信号进过调理电路后经AD转换电路与DSP电路连接，AD转换电路将模拟量信号转换成数字检测信号，数字检测信号通过数据总线、地址总线和控制总线传入DSP控制器，交由DSP计算处理。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102221643A (zh) * 2011-06-14 2011-10-19 中国矿业大学 一种直流矿井提升机变流器谐波检测装置
CN104914295A (zh) * 2014-03-10 2015-09-16 广东易事特电源股份有限公司 一种ad电压调理电路

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