CN205049625U - 一种具有电压控制环的功率信号发生装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及功率信号输出装置技术领域，具体指一种具有电压控制环的功率信号发生装置。包括控制芯片和电容器组，所述控制芯片、信号源、功率放大器、电容器组、检测单元依次通过线路连接，且检测单元通过线路与控制芯片连接进而组成控制环路；所述信号源包括模数转换器D/A、频率控制器DDS和模拟乘法器，所述模数转换器D/A和频率控制器DDS通过模拟乘法器连接功率放大器；所述控制芯片上设有人机交互模块。本实用新型结构合理，通过数模转换器将交流信号和直流电压信号进行模数转换，从而进行相应的校正和调制，从而电压控制环路可有效抑制信号源的衰减，为测量提供完善的功率信号输出能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及功率信号输出装置技术领域，具体指一种具有电压控制环的功率信号发生装置。
背景技术
大量的研究发现，用电容器组进行投切以改善电力质量，既能改善电力网络的有功损失，又能改善电力网络的无功损失，同时还能提电力系统的稳定性，是降低电力变压器及高压送电线路损失的一种普遍有效的节能方法，其价格低廉、操作简单、补偿效果明显而得到广泛的应用。目前，国家电网系统中大多采用投切静态串并联电容器组做无功补偿措施，其中的无功补偿装置是采用投切并联电容器组的方式，对于降低电力网络损耗、改善供电效率、改善电力质量起到关键的作用。
由于无功补偿装置是大量的电容组串并联组成，在长期的操作使用中，容易出线设备绝缘老化或损坏情况，导致补偿装置的电容器组的容量出现不断地变化，从而需要及时发现电容总量的变化情况以保证电网系统得到有效的无功补偿，因此很有必要对电力电容器进行定期检验。普遍情况下，电容无功补偿装置之间的相互距离较远且连线复杂，检测和维护比较复杂，需要通过高精度测量电容器组容量的仪器随时检测，而常规电容测试仪器中的功率信号发生装置因为它的电压、负载特性以及带负载时电压的负载特性、功率信号源的内阻等的影响，通常存在两个主要问题，一是测量精度低，二是输出功率小，不能满足对电力电容器监测的使用要求。因此，目前的技术还有待于改进和发展。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构合理、测量精度高的模数转换器D/A41。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型所述的一种具有电压控制环的功率信号发生装置，包括控制芯片和电容器组，所述控制芯片和电容器组之间设有检测单元、信号源和功率放大器，所述控制芯片、信号源、功率放大器、电容器组、检测单元依次通过线路连接，且检测单元通过线路与控制芯片连接进而组成控制环路；所述信号源包括模数转换器D/A、频率控制器DDS和模拟乘法器，控制芯片通过线路分别连接模数转换器D/A和频率控制器DDS从而传输控制信号；所述模数转换器D/A和频率控制器DDS通过模拟乘法器连接功率放大器；所述控制芯片上设有人机交互模块。
根据以上方案，所述检测单元包括数模转换器A/D、电压采样模块和电流传感器，电压采样模块和电流传感器分别通过线路与电容器组连接，且电压采样模块和电流传感器分别通过调理电路与数模转换器A/D连接，数模转换器A/D通过线路与控制芯片连接。
根据以上方案，所述人机交互模块包括上位机、输入装置和显示模块，上位机、输入装置和显示模块分别与控制芯片通过线路连接实现数据传输。
本实用新型有益效果为：本实用新型结构合理，通过数模转换器将交流信号和直流电压信号进行模数转换，从而进行相应的校正和调制，从而电压控制环路可有效抑制信号源的衰减，为测量提供完善的功率信号输出能力。
附图说明
图1是本实用新型的整体环路结构示意图；
图2是本实用新型的电压控制环原理结构示意图；
图3是本实用新型的电压控制软件策略示意图。
图中：
1、控制芯片；2、电容器组；3、检测单元；4、信号源；5、功率放大器；6、人机交互模块；31、数模转换器A/D；32、电压采样模块；33、电流传感器；34、调理电路；41、模数转换器D/A；42、频率控制器DDS；43、模拟乘法器；61、上位机；62、显示模块；63、输入装置；
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型的技术方案进行说明。
如图1-2所示，本实用新型所述的一种具有电压控制环的功率信号发生装置，包括控制芯片1和电容器组2，所述控制芯片1和电容器组2之间设有检测单元3、信号源4和功率放大器5，所述控制芯片1、信号源4、功率放大器5、电容器组2、检测单元3依次通过线路连接，且检测单元3通过线路与控制芯片1连接进而组成控制环路；所述信号源4包括模数转换器D/A41、频率控制器DDS42和模拟乘法器43，控制芯片1通过线路分别连接模数转换器D/A41和频率控制器DDS42从而传输控制信号；所述模数转换器D/A41和频率控制器DDS42通过模拟乘法器43连接功率放大器5；所述控制芯片1上设有人机交互模块6。
所述检测单元3包括数模转换器A/D31、电压采样模块32和电流传感器33，电压采样模块32和电流传感器33分别通过线路与电容器组2连接，且电压采样模块32和电流传感器33分别通过调理电路34与数模转换器A/D31连接，数模转换器A/D31通过线路与控制芯片1连接。所述人机交互模块6包括上位机61、输入装置63和显示模块62，上位机61、输入装置63和显示模块62分别与控制芯片1通过线路连接实现数据传输。
本实用新型的控制原理如下：
首先通过上位机61设定的频率和电压增益数据分别送到频率控制器DDS42和模数转换器D/A41，完成频率信号和电压信号的控制，显示模块62的LED显示器显示频率、电压及容值，实现友好的人机交互。在这个过程中，显示模块62液晶、频率控制器DDS42及模数转换器D/A41都是静态过程，送入控制字和控制数据后即完成了对其的控制，除非有新的数据操作或闭环控制动作。
在电压控制环节，输出电压信号经过调理电路34后送入真有效值转换的数模转换器A/D31，输出的直流信号被送入数模转换器A/D31，控制芯片1把输出电压采样信号的模数转换数据和预设电压进行比较，然后调节模数转换器D/A41进行增益控制，这是一个动态校正的过程。电流传感器33检测输出信号的电流，首先把电流信号转换成电压信号，然后经过真有效值转换后，直接被送入数模转换器A/D31进行转换，从检测出来的电压、电流数据可以通过软件计算出电力网装置的电压、电流值及被检测的电容器组2的容值。最终在显示模块62的液晶上显示当前电压、电流以及容值。
如图3所示，本实用新型的主程序流程如下：
进入程序后首先对控制芯片1、显示模块62、频率控制器DDS42和模数转换器D/A41初始化。完毕后进入显示模块62显示电压、频率主屏幕。主屏幕显示的数据为当前状态下电压、频率数据。程序主循环过程中包含模数转换器D/A41模数转换数据处理、频率控制器DDS42和数模转换器A/D31数据输出等等。电压模数转换的数据用于输出电压值和给定电压的比较，判断如何动作数模转换芯片，当输出的电压值小于给定电压时，模数转换器D/A41增加输出以补偿电压的衰减，当输出的电压值大于给定电压时，模数转换器D/A41减小输出以削弱高电压，根据测量数据可以发现本装置的主要问题是电压的衰减，所以输出电压值经常会小于给定电压值。电流的数模转换数据主要用于数据显示。数模转换器A/D31对电压的补偿是通过定时器中断进行的，利用定时器设置1s的中断来启动数模转换器A/D31，而电压的采样也是定时进行的，一进入中断就进行电压的采样，转换结束后微处理控制芯片1对采样值进行分析，分析的结果决定了模数转换器D/A41如何动作。
通过数据采样，在200Hz时，输出电压为9V，模数转换器D/A41的初始控制数据为29000，这时候模数转换器D/A41输出的直流电压为1.0041V左右，空载时输出的初始电压为8.8660V，而8.9904V对应的A/D采样值为42215，首先当检测电路检测到A/D值小于42215时候，就会动作模数转换器D/A41，使其控制字增加，动作值为y，控制字定义为无符号整型变量x，动作值定义为整型变量y，系统变量初始化时要把x初始化为29000，y初始化为0，动作值y越小，动态响应的速度越慢，但是精度就会越高，相反，动作值y越大动态响应的速度就会越快，电压输出稳定的也就很快，但是精度会大打折扣，综合考虑两方面的限制，通过实验发现当动作值y＝5时，动态响应的速度大概为40s，但是精度可以达到0.02％。
带负载时，功率信号源4的内阻成为影响信号精度的主要因素，空载时的控制方法，精度可以得到保证，但是系统动态响应将会反应的很慢，这种控制方法在带负载的场合已经不适用。在PID控制器中，P的作用是通过加大比例系数增加系统动态响应时间；I的作用是消除系统稳态误差；D作用与误差变化速度成比例，能够预测误差的变化，因而可以改善系统动态性能。本文设计中的装置更为关心的是系统的动态响应时间，所以在此我们可以考虑电压环P(比例)控制的策略。由于内阻的存在使负载端的电压远远小于预设的电压值，这时可以计算预设的电压值与检测到的电压的差值，这个差值定义为整型变量difference，difference越大说明负载端的电压与预设电压差值越大，这时可以加大动作值b，加快动态响应速度，也就是有difference来决定动作值b，误差difference与动作值b之间存在一个比例系数，通过实验发现比例系数是不能大于1的，如果比例系数大于1，输出的电压将会出现严重的振荡，在实验中使用的比例系数为0.4，通过Matlab仿真可以看到当比例系统为0.4时，控制系统是稳定的，但是控制系统的调节时间却变的非常的漫长，这时候我们可以结合空载时的调整策略进行调整，把difference的绝对值设为整型变量absolutevalue，当absolutevalue的值大于50的时候选用比例系数调节的策略，而当absolutevalue小于50的时候，使用空载时的控制策略，这样的话不仅动态响应时间大大的减少了，仅用10s就可以进入稳态，而且精度也可以达到0.03％。这样就可以有效的解决精度与动态响应时间的矛盾。
以上所述仅是本实用新型的较佳实施方式，故凡依本实用新型专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本实用新型专利申请范围内。
Claims (3)
1.一种具有电压控制环的功率信号发生装置，包括控制芯片(1)和电容器组(2)，其特征在于：所述控制芯片(1)和电容器组(2)之间设有检测单元(3)、信号源(4)和功率放大器(5)，所述控制芯片(1)、信号源(4)、功率放大器(5)、电容器组(2)、检测单元(3)依次通过线路连接，且检测单元(3)通过线路与控制芯片(1)连接进而组成控制环路；所述信号源(4)包括模数转换器D/A(41)、频率控制器DDS(42)和模拟乘法器(43)，控制芯片(1)通过线路分别连接模数转换器D/A(41)和频率控制器DDS(42)从而传输控制信号；所述模数转换器D/A(41)和频率控制器DDS(42)通过模拟乘法器(43)连接功率放大器(5)；所述控制芯片(1)上设有人机交互模块(6)。
2.根据权利要求1所述的具有电压控制环的功率信号发生装置，其特征在于：所述检测单元(3)包括数模转换器A/D(31)、电压采样模块(32)和电流传感器(33)，电压采样模块(32)和电流传感器(33)分别通过线路与电容器组(2)连接，且电压采样模块(32)和电流传感器(33)分别通过调理电路(34)与数模转换器A/D(31)连接，数模转换器A/D(31)通过线路与控制芯片(1)连接。
3.根据权利要求1所述的具有电压控制环的功率信号发生装置，其特征在于：所述人机交互模块(6)包括上位机(61)、输入装置(63)和显示模块(62)，上位机(61)、输入装置(63)和显示模块(62)分别与控制芯片(1)通过线路连接实现数据传输。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN106771420A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-05-31 | 国网河南省电力公司平顶山供电公司 | 便携式零压升起装置 |
| CN112269346A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-01-26 | 崔家铭 | 智能仪表调试器 |
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