CN205920158U - 直流电源交流纹波监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直流电源交流纹波监测装置，包括：数据采集单元、多路隔离工作电源、A/D转换器及CPU单元；所述数据采集单元分别连接直流正母线、直流负母线、中心线和大地；所述数据采集单元采集直流正母线、直流负母线的电压交流分量，并通过A/D转换器转换成数字信号输入CPU单元进行监测直流母线正负极之间的交流纹波分量；所述多路隔离工作电源分别连接所述数据采集单元、多路隔离工作电源及CPU单元，并通过电源输入端子连接输入电源，提供所述数据采集单元、多路隔离工作电源及CPU单元所需的工作电源。本实用新型能够实时监测线路的交流纹波分量，降低高频纹波对直流负载、控制设备、通讯设施的影响，提高设备稳定性。

Description

直流电源交流纹波监测装置

技术领域

本实用新型涉及户内电力直流电源设备运行技术指标监测技术领域，特别是涉及一种直流电源交流纹波监测装置。

背景技术

直流电源一般都是将交流通过整流、滤波、稳压之后形成的，由于电路中可能存在交流滤波不彻底的情况，导致直流电源中还存在一定比例的交流成分，这种夹杂在直流电源中的交流分量称纹波电压。

纹波大小是衡量直流电源质量的重要指标，现在的直流整流器，逐渐使用效率高，功率密度大的高频开关电源，纹波电压也比传统的可控硅整流器大幅降低了，但是由于这种整流方式采用的是载波控制方式，使用大容量的电解电容滤波；电解电容寿命温度影响相当严重，一旦电容失效或者容量不足时，直流电压中便存在大量的高频纹波；例如，某些逆变电源、直流负载等，也存在对直流母线产生反灌交流纹波；而高频纹波对直流负载、控制设备、通讯设施都有直接影响，主要体现在如下：

(1)、发生谐振而引发事故；

(2)、增加附加损耗，降低用电设备的效率；

(3)、易引发设备运行不正常，加速绝缘老化，从而缩短设备的使用寿命；

(4)、易引发继电保护、自动装置、计算机等设备运行不正常、不能正常动作或误动作；

(5)、使测量和计量仪器、仪表不能正确指示或计量；

(6)、干扰通信系统，甚至损坏通信设备；

(7)、会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作；

(8)、会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作；

又如在《GB/T-19826-2014电力工程直流电源设备通用技术条件及安全要求》中，明确要求高频开关电源的纹波分量不大于0.5％；因此，如何监测直流 电源交流纹波，是需要迫切解决的问题。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种直流电源交流纹波监测装置，实时监测线路的交流纹波分量。

一种直流电源交流纹波监测装置，包括：数据采集单元、多路隔离工作电源、A/D转换器及CPU单元；

所述数据采集单元分别连接直流正母线、直流负母线、中心线和大地；

所述数据采集单元采集直流正母线、直流负母线的电压交流分量，并通过A/D转换器转换成数字信号输入CPU单元进行监测直流母线正负极之间的交流纹波分量；

所述多路隔离工作电源分别连接所述数据采集单元、多路隔离工作电源及CPU单元，并通过电源输入端子连接输入电源，提供所述数据采集单元、多路隔离工作电源及CPU单元所需的工作电源。

上述直流电源交流纹波监测装置，数据采集单元采集直流正母线、直流负母线的电压交流分量，相关数据由A/D转换器转换成数字信号输入CPU单元进行监测直流母线正负极之间的交流纹波分量；实时监测线路的交流纹波分量，降低高频纹波对直流负载、控制设备、通讯设施的影响，提高设备稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的直流电源交流纹波监测装置结构示意图；

图2为一实施例的直流电源交流纹波监测装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图阐述本实用新型的直流电源交流纹波监测装置的实施例。

参考图1所示，图1为本实用新型的直流电源交流纹波监测装置结构示意图。主要包括：

数据采集单元1、多路隔离工作电源2、A/D转换器3及CPU单元4；

所述数据采集单元1分别连接直流正母线、直流负母线、中心线和大地；

所述数据采集单元1采集直流正母线、直流负母线的电压交流分量，并通过A/D转换器3转换成数字信号输入CPU单元4进行监测直流母线正负极之间的交流纹波分量；

所述多路隔离工作电源2分别连接所述数据采集单元1、多路隔离工作电源2及CPU单元4，并通过电源输入端子201连接输入电源，提供所述数据采集单元1、多路隔离工作电源2及CPU单元4所需的工作电源，即为各用电电路提供工作电源。

上述实施例的直流电源交流纹波监测装置，数据采集单元采集直流正母线、直流负母线的电压交流分量，相关数据由A/D转换器转换成数字信号输入CPU单元进行监测直流母线正负极之间的交流纹波分量；实时监测线路的交流纹波分量，降低高频纹波对直流负载、控制设备、通讯设施的影响，提高设备稳定性。

作为一种实施方式，上述直流电源交流纹波监测装置，CPU单元4的工作原理可以为：对采集到的直流母线电压交流分量判断若纹波电压或纹波系数超越设定阈值。

根据常用的电压分析处理方法，可以判断纹波电压或纹波系数以及对地电压超越设定阈值。由于直流系统纹波在一定时间内数值时比较稳定的，可以对电压数据进行傅里叶计算，采用一阶滞后滤波法过滤偶尔的干扰信号，即可得到实际纹波值，因此，可以在CPU单元4应该该分析方法。如果是判断纹波系数，则是将纹波电压值处以直流电压值即可得到纹波系数。

参考图2所示，图2为一实施例的直流电源交流纹波监测装置结构示意图。

进一步地，所述数据采集单元1包括：依次连接的信号处理模块101、隔离放大电路102以及直流和交流采样模块103；

所述信号处理模块101分别连接所述直流正母线、直流负母线、中心线和大地；所述直流和交流采样模块103连接所述A/D转换器3。

进一步地，所述的直流电源交流纹波监测装置还包括：连接所述CPU单元4的开关量信号隔离单元5；

所述开关量信号隔离单元5通过开关量输入端子501接收输入的开关量信号并输入至所述CPU单元4。

进一步地，所述的直流电源交流纹波监测装置还包括：连接所述CPU单元4的继电器及驱动放大单元6；

所述继电器及驱动放大单元6通过继电器输出端子601输出所述CPU单元4产生的继电器控制信号。

进一步地，所述的直流电源交流纹波监测装置还包括：连接所述CPU单元4的通信接口隔离放大电路7，可以采用RS485、RS422或RS32协议等；

所述通信接口隔离放大电路7通过通信接口端子701与外部设备进行通信。

进一步地，所述的直流电源交流纹波监测装置还包括：连接所述CPU单元4的晶振及铁电存储单元8。

进一步地，所述的直流电源交流纹波监测装置还包括：连接所述CPU单元4的信号放大及蜂鸣器9。

进一步地，所述的直流电源交流纹波监测装置还包括：显示单元10，所述显示单元10通过LED驱动电路1001连接所述CPU单元4。

进一步地，所述的直流电源交流纹波监测装置还包括：彩色触摸屏单元11，所述彩色触摸屏单元11通过LCD串口通讯接口1101连接所述CPU单元4。

其中，多路隔离工作电源2分别为开关量信号隔离单元5、继电器及驱动放大单元6、通信接口隔离放大电路7、晶振及铁电存储单元8、信号放大及蜂鸣器9、显示单元10以及彩色触摸屏单元11提供工作电源。

上述实施例的技术方案，监测结果可以以数据库方式存晶振及铁电存储单元8，通过LED显示单元10以及彩色触摸屏单元11发出报警信息，以及通过通信接口端子701将信息上传后台，以及通过继电器输出端子601提供继电器干接点信号，通过开关量输入端子501采集开关量状态信号。

利用上述技术方案提供的直流电源交流纹波监测装置，纹波值可以与晶振及铁电存储单元8保存的纹波门槛值进行比较，当该值大于门槛值后，触发报警信号，如声、光、继电器等动作。

本实用新型直流电源交流纹波监测装置，适用于发电厂、变电站等使用直 流电源的场合，适用的电压等级包括直流电源24V、48V、110V、220V等。

实际应用中，装置可以设置如下技术指标：

(1)、电源输入范围：DC24V±20％、DC48V±20％、DC110V±20％、DC220V±20％；

(2)、纹波测量幅值范围：0～2000mV；

(3)、纹波测量带宽：8MHz；

(4)、纹波测量精度：0.1％；

(5)、纹波告警值：0.5％Ue(可设定)；

(6)、母线电压测量范围：0～300V；

(7)、母线对地电压测量范围：-300V～300V；

(8)、直流电压测量精度：≤0.5％；

(9)、绝缘电阻检测范围：0～999KΩ；

(10)、绝缘电阻接地报警定值：0～200KΩ可设定(正常DC110V 15KΩ；DC220V 25KΩ)；

(11)、绝缘电阻测量误差：2％±1k；

(12)、直流系统过电压告警值：Ue+20％(可设定)；

(13)、直流系统欠电压告警值：Ue-20％(可设定)；

(14)、装置绝缘电阻：大于100兆欧；

(15)、交直流间介质强度：4000V，长期；

(16)、装置介质强度：4KV，1min；

(17)、振荡波抗扰动：III级，共模2.5KV，差膜1.0KV；

(18)、EMC静电放电抗扰度：IV级，±8Kv/±15KV，10次；

(19)、EMC射频电磁场辐射抗扰度：III级，10V/m；

(20)、EMC电快速瞬变脉冲群抗扰度：A级，±4KV/2.5KHz，60s；

(21)、EMC浪涌抗扰度：III级，±2KV/±1KV；

(22)、EMC射频场感应的传导骚扰：III级，10V；

(23)、工作功耗：小于5W～8W；

(24)、报警方式：LED指示、干接点、显示、通信；

(25)、通讯方式：485；规约MODBUS、RTU；

(26)、通讯波特率：2400、9600(可设定)；

(27)、外形尺寸：显示部分125长×69.4高×2深mm；

采集控制单元145长×90高×40深mm；

(28)、重量：0.9Kg；

本实用新型的直流电源交流纹波监测装置，可以根据本专利使用者的实际需求，在CPU单元4设置所需的程序功能进行扩展应用。例如：判据及分析、功能设置及管理、数据采集及管理、日期及时间管理、密码管理、继电器控制、LED控制、LCD控制、蜂鸣器控制、通信控制、定值设定、装置调试以及在线帮助模块等等。

综上所述，利用本实用新型提供的直流电源交流纹波监测装置，可在线式实时监测直流母线正负极之间的交流纹波分量，根据需要设置纹波电压阈值及纹波系数阈值，一旦交流纹波分量大于该阈值，装置可以产生声光报警、节点输出、信息上传，对某些产生交流纹波的元件或设备进行维护或更换可降低发生谐振而引发事故的概率，降低增加附加损耗及提高用电设备的效率，保证设备运行不正常及降低设备绝缘老化速度从而延长设备使用寿命，减少引发继电保护、自动装置、计算机等设备运行不正常和不能正常动作的次数，保证计量仪器、仪表正确指示及计量，减少通信系统对干扰甚至损坏通信设备，减少噪音干扰以使图像设备、音响设备正常工作。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种直流电源交流纹波监测装置，其特征在于，包括：数据采集单元(1)、多路隔离工作电源(2)、A/D转换器(3)及CPU单元(4)；

所述数据采集单元(1)分别连接直流正母线、直流负母线、中心线和大地；

所述数据采集单元(1)采集直流正母线、直流负母线的电压交流分量，并通过A/D转换器(3)转换成数字信号输入CPU单元(4)进行监测直流母线正负极之间的交流纹波分量；

所述多路隔离工作电源(2)分别连接所述数据采集单元(1)、多路隔离工作电源(2)及CPU单元(4)，并通过电源输入端子(201)连接输入电源，提供所述数据采集单元(1)、多路隔离工作电源(2)及CPU单元(4)所需的工作电源。

2.根据权利要求1所述的直流电源交流纹波监测装置，其特征在于，所述数据采集单元(1)包括：依次连接的信号处理模块(101)、隔离放大电路(102)以及直流和交流采样模块(103)；

所述信号处理模块(101)分别连接所述直流正母线、直流负母线、中心线和大地；所述直流和交流采样模块(103)连接所述A/D转换器(3)。

3.根据权利要求1所述的直流电源交流纹波监测装置，其特征在于，还包括：连接所述CPU单元(4)的开关量信号隔离单元(5)；

所述开关量信号隔离单元(5)通过开关量输入端子(501)接收输入的开关量信号并输入至所述CPU单元(4)。

4.根据权利要求1所述的直流电源交流纹波监测装置，其特征在于，还包括：连接所述CPU单元(4)的继电器及驱动放大单元(6)；

所述继电器及驱动放大单元(6)通过继电器输出端子(601)输出所述CPU单元(4)产生的继电器控制信号。

5.根据权利要求1所述的直流电源交流纹波监测装置，其特征在于，还包括：连接所述CPU单元(4)的通信接口隔离放大电路(7)；

所述通信接口隔离放大电路(7)通过通信接口端子(701)与外部设备进行通信。

6.根据权利要求1所述的直流电源交流纹波监测装置，其特征在于，所述通信接口隔离放大电路(7)采用RS485、RS422或RS32协议。

7.根据权利要求1所述的直流电源交流纹波监测装置，其特征在于，还包括：连接所述CPU单元(4)的晶振及铁电存储单元(8)。

8.根据权利要求1所述的直流电源交流纹波监测装置，其特征在于，还包括：连接所述CPU单元(4)的信号放大及蜂鸣器(9)。

9.根据权利要求1所述的直流电源交流纹波监测装置，其特征在于，还包括：显示单元(10)，所述显示单元(10)通过LED驱动电路(1001)连接所述CPU单元(4)。

10.根据权利要求1所述的直流电源交流纹波监测装置，其特征在于，还包括：彩色触摸屏单元(11)，所述彩色触摸屏单元(11)通过LCD串口通讯接口(1101)连接所述CPU单元(4)。