CN212083645U - 一种自动功率补偿标定工装 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了功率补偿标定领域的一种自动功率补偿标定工装，可解决人工调整电容补偿参数时操作繁琐，影响生产效率的技术问题。包括轨道信号采集单元，局部信号采集单元，还包括数字信号处理单元与轨道信号采集单元及局部信号采集单元的输出端耦接，根据轨道信号采集单元、局部信号采集单元的采集值计算补偿参数；还包括功率补偿单元，功率补偿单元包括相连接的执行单元与补偿单元，执行单元与数字信号处理单元连接，补偿单元与轨道信号输入单元及轨道输出单元分别连接。本实用新型通过闭环的方式，将无功补偿的功率投放，实现在很小的输入电流情况下，完成多模块的标定工作，提高了标定时波形质量、节约了时间成本，同时提高了产品性价比。

Description

一种自动功率补偿标定工装

技术领域

本实用新型涉及功率补偿标定领域，具体是一种自动功率补偿标定工装。

背景技术

25Hz相敏轨道电路电子接收器因其硬件特性的因素，在工作的过程中，受温度及通道惯性的影响，会产生电压和相位差偏移；因此，在生产和调试过程中，需要对不同温度等级的电压，相位延时参数等进行预标定。

因25Hz相敏轨道电路电子接收器与轨道电路接口特性呈现较大感性，当多个电子接收器一起标定的时候，会随着被标定电子接收器的增加，感性负载增大，导致25hz信号源正弦波输出信号产生较大畸变，使得被标定的25Hz相敏轨道电路电子接收器输入输出函数与实际应用的25hz轨道电路采样的正弦波信号产生差异，因此给25hz轨道信号的采样增加额外的检测误差。同时，随着标定负载感性负载的增大、功率因数下降，导致25hz信号源输出无功功率增大，降低了信号源驱动的被标定25Hz相敏轨道电路电子接收器数量。而随着被标定负载电子接收器数量的变化，参与补偿的电容参数也同步变化，需要随时根据被标定模块数量的变化对补偿电容参数进行调整。

鉴于参与标定的25Hz相敏轨道电路电子接收器需要在不同电压、温度等级下进行标定，人工调整电容补偿参数的视角较长，导致标定过程时间延长、操作繁琐，大大影响了生产效率，需要对25hz信号源输出进行自动反馈补偿，校正正弦波畸变现象，消除因25hz输出信号波形畸变造成的额外的检测误差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种自动功率补偿标定工装，可解决人工调整电容补偿参数的视角较长，导致标定过程时间延长、操作繁琐，大大影响了生产效率的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种自动功率补偿标定工装，包括轨道信号采集单元，其输入端与轨道信号连接；局部信号采集单元，其输入端与局部信号连接；数字信号处理单元，与所述轨道信号采集单元及局部信号采集单元的输出端耦接，根据轨道信号采集单元、局部信号采集单元的采集值计算补偿参数；还包括功率补偿单元，所述功率补偿单元包括相连接的执行单元与补偿单元，所述执行单元与数字信号处理单元连接，所述补偿单元与轨道信号输入单元及轨道输出单元分别连接。

作为本实用新型的改进方案，为了进一步地便于采集轨道信号的电压、电流、频率参数,所述轨道信号采集单元包括接入轨道信号的轨道信号输入单元，还包括与所述轨道信号输入单元、数字信号处理单元分别连接的轨道信号电压调理单元、轨道信号电流调理单元以及轨道信号频率检测单元。

作为本实用新型的改进方案，为了进一步地便于连接采集轨道信号，所述轨道信号输入单元包括霍尔传感器、变压器T1以及取样电阻R2，所述霍尔传感器接入轨道信号零线，所述变压器T1原边绕组的两端分别连接霍尔传感器以及轨道信号的火线，其副边绕组与取样电阻R2并联后连接到轨道信号电压调理单元；所述轨道信号的火线以及霍尔传感器之间还并联有所述轨道信号频率检测单元以及轨道输出单元。

作为本实用新型的改进方案，为了进一步地采集轨道信号电流参数，所述轨道信号电流调理单元包括运算放大器U1，所述运算放大器U1的第一输入端连接电阻R3，第二输入端连接电阻R4后接地，输出端连接电阻R6，所述电阻R3连接所述霍尔传感器，电阻R6分别连接数字信号处理单元以及电容C1，所述运算放大器U1的第一输入端与输出端之间连接有电阻R5。

作为本实用新型的改进方案，为了进一步地采集轨道信号电压参数，所述轨道信号电压调理单元包括运算放大器U2，所述运算放大器U2的第一输入端连接电阻R7，第二输入端连接电阻R8后接地，输出端连接电阻R10，所述电阻R7连接所述变压器T1的副边绕组，电阻R10分别连接数字信号处理单元以及电容C2，所述运算放大器U2的第一输入端与输出端之间连接有电阻R9。

作为本实用新型的改进方案，为了进一步地采集轨道信号频率参数，所述轨道信号频率检测单元包括隔离光耦U3，所述隔离光耦U3发光器的一端与电阻R11串联后接入轨道信号输入单元，所述隔离光耦U3发光器的两端之间还连接有二极管D2，其受光器的一端接地而另一端分别连接上拉电阻R12以及反相器U4输入端，所述上拉电阻R12接入电源，反相器U4输出端连接所述数字信号处理单元。

作为本实用新型的改进方案，为了进一步地采集局部信号频率参数，所述局部信号采集单元包括局部输入单元以及局部信号频率检测单元，所述局部信号频率检测单元包括隔离光耦U5，所述隔离光耦U5发光器的一端与电阻R13串联后接入所述局部输入单元，所述隔离光耦U5发光器的两端之间还连接有二极管D3，其受光器的一端接地而另一端分别连接电阻R14以及反相器U6输入端，所述电阻R14接入电源，反相器U6输出端连接所述数字信号处理单元。

作为本实用新型的改进方案，为了进一步地便于调整执行单元投入补偿的调节单元的数量，所述执行单元包括至少两组调节单元，所述调节单元包括光耦合器，所述光耦合器感光器的一端连接所述数字信号处理单元，另一端与限流电阻串联后接入电源；所述光耦合器受光器的一端接地，另一端连接继电器线圈后接入电源。

作为本实用新型的改进方案，为了进一步地便于对补偿后的轨道信号进行微调，所述补偿单元包括与所述调节单元数量对应一致的电容，所述电容与继电器常开触点连接后并在等效电感两端，所述等效电感两端还连接有轨道信号输入单元。

有益效果：

本实用新型通过闭环的方式，将无功补偿的功率投放，实现在很小的输入电流情况下，完成多模块的标定工作，提高了标定时波形质量、节约了时间成本，同时提高了产品性价比。

附图说明

图1为本实用新型的整体框图；

图2为本实用新型电源转换单元的内部框图；

图3为本实用新型轨道信号输入单元的内部框图；

图4为本实用新型轨道信号电流调理单元的内部框图；

图5为本实用新型轨道信号电压调理单元的内部框图；

图6为本实用新型轨道信号频率检测单元的内部框图；

图7为本实用新型局部信号频率检测单元的内部框图；

图8为本实用新型执行单元的内部框图；

图9为本实用新型功率补偿单元的内部框图；

图中：1-电源转换单元；11-第一级电源转换单元；12-第二级电源转换单元；2-局部信号采集单元；21-局部输入单元；22-局部信号频率检测单元；3-轨道信号采集单元；31-轨道信号输入单元；32-轨道信号电流调理单元；33-轨道信号电压调理单元；34-轨道信号频率检测单元；4-功率补偿单元；41-执行单元；42-补偿单元；5-局部输出单元；51-局部输出及控制_1；52-局部输出及控制_2；53-局部输出及控制_3；54-局部输出及控制_4；55-局部输出及控制_5；6-轨道输出单元；61-轨道输出及控制_1；62-轨道输出及控制_2；63-轨道输出及控制_3；64-轨道输出及控制_4；65-轨道输出及控制_5；7-通信单元；8-数字信号处理单元。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1，参见图1，一种自动功率补偿标定工装，包括轨道信号采集单元3，其输入端与轨道信号连接；局部信号采集单元2，其输入端与局部信号连接；数字信号处理单元8，与轨道信号采集单元3及局部信号采集单元2的输出端耦接，根据轨道信号采集单元3、局部信号采集单元2的采集值计算补偿参数；还包括功率补偿单元4，功率补偿单元4包括相连接的执行单元41与补偿单元42，执行单元41与数字信号处理单元8连接，补偿单元42与轨道信号输入单元31及轨道输出单元6分别连接。

本实施例的标定工装通过电源转换单元1供电，电源转换单元1包括第一级电源转换单元11和第二级电源转换单元12。如图2所示，输入的24VDC首先经过二极管D1连接到第一级电源转换单元，转换为5VDC，第一级电源转换单元11通过DC/DC输出给标定工装的部分单元供电，此处输入和输出隔离；第一级电源转换单元11同时输出给第二级电源转换单元12，5VDC转换为3.3VDC，输出给标定工装的各单元进行供电。

本实施例中，轨道信号采集单元3包括接入轨道信号的轨道信号输入单元31，还包括与轨道信号输入单元31、数字信号处理单元8分别连接的轨道信号电压调理单元33、轨道信号电流调理单元32以及轨道信号频率检测单元34。

本实施例中，如图3所示，轨道信号输入单元31包括霍尔传感器、变压器T1以及取样电阻R2，霍尔传感器接入轨道信号零线，变压器T1原边绕组的两端分别连接霍尔传感器以及轨道信号的火线，其副边绕组与取样电阻R2并联后连接到轨道信号电压调理单元33；轨道信号的火线以及霍尔传感器之间还并联有轨道信号频率检测单元34以及轨道输出单元6。

轨道信号输入单元31在轨道信号的火线(L线)上接入熔断器F1，轨道信号的零线(N线)上连接霍尔传感器，输出到轨道输出单元6；限流电阻R1、变压器T1和取样电阻R2将轨道高压信号转换为低压信号，输出到轨道信号电压调理单元33,；N线上的霍尔传感器，将轨道信号的输入电流经内部变换后转换为电压信号，并输出到轨道信号电流调理单元32。

本实施例中，如图4所示，轨道信号电流调理单元32包括运算放大器U1，运算放大器U1的第一输入端连接电阻R3，第二输入端连接电阻R4后接地，输出端连接电阻R6，电阻R3连接霍尔传感器，电阻R6分别连接数字信号处理单元8以及电容C1，运算放大器U1的第一输入端与输出端之间连接有电阻R5。

轨道信号电流调理单元32通过运算放大器U1、电阻R3、电阻R4、电阻R5组成放大电路，将霍尔传感器的输出信号经过运算放大器倍数放大，以提高AD采集精度。

本实施例中，如图5所示，轨道信号电压调理单元33包括运算放大器U2，运算放大器U2的第一输入端连接电阻R7，第二输入端连接电阻R8后接地，输出端连接电阻R10，电阻R7连接变压器T1的副边绕组，电阻R10分别连接数字信号处理单元8以及电容C2，运算放大器U2的第一输入端与输出端之间连接有电阻R9。轨道信号电压调理单元33原理与轨道信号电流调理单元32类似，用于倍数放大变压器T1转换的轨道低压信号。

本实施例中，如图6所示，轨道信号频率检测单元34包括隔离光耦U3，隔离光耦U3发光器的一端与电阻R11串联后接入轨道信号输入单元31，隔离光耦U3发光器的两端之间还连接有二极管D2，其受光器的一端接地而另一端分别连接上拉电阻R12以及反相器U4输入端，上拉电阻R12接入电源，反相器U4输出端连接数字信号处理单元8。

本实施例中，如图7所示，局部信号采集单元2包括局部输入单元21以及局部信号频率检测单元22，局部信号频率检测单元22包括隔离光耦U5，隔离光耦U5发光器的一端与电阻R13串联后接入局部输入单元21，隔离光耦U5发光器的两端之间还连接有二极管D3，其受光器的一端接地而另一端分别连接电阻R14以及反相器U6输入端，电阻R14接入电源，反相器U6输出端连接数字信号处理单元8。在此由于局部电压信号为110VAC，因此电阻R13与R14均为贴片式电阻，为了降低功耗及温度的影响，限流电阻为2个。

本实施例中，如图8所示，执行单元41包括调节单元数量为8个，调节单元包括光耦合器，光耦合器感光器的一端连接数字信号处理单元8，另一端与限流电阻串联后接入电源；光耦合器受光器的一端接地，另一端连接继电器线圈后接入电源。执行单元41的控制信号来自于数字信号处理单元8，通过继电器控制功率补偿的组合，其输出连接到执行单元42。

本实施例中，如图9所示，补偿单元42包括与调节单元数量对应一致的电容，电容同样为8个，即补偿容量包括8个等级，分别为C1x、C2x……C8x，电容与继电器常开触点连接后并在等效电感两端，等效电感两端还连接有轨道信号输入单元31。

本实施例中，还包括连接外部总线设备的通信单元，通信单元包括由通信管理芯片组成的R485电路，以直观的方式提供友好的人机界面，便于控制标定模块的数量和无功补偿容量。

本实施例的标定步骤在于：

S1：轨道信号采集单元检测标定负载的实际功耗参数数据；

S2：数字信号处理单元对比标定负载的实际功耗参数数据以及单个标定模块的扶残数据，得出实际标定模块数量以及预设的补偿参数；

S3：数字信号处理单元输出信号，执行单元根据预设补偿参数投入补偿容量；

S4：轨道信号采集单元实时采集补偿后的标定负载的功耗参数数据，数字信号处理单元与局部信号采集单元采集的功耗参数数据对比并得出偏差值；

S5：数字信号处理单元输出信号，补偿单元根据偏差值投入补偿容量；

S7：重复S4-S5，直至数字信号处理单元得出的偏差值在预设范围之内。

具体的实施过程在于，在标定的过程中，对于通道而言，其阻抗Z＝R+Xl(1)

因为电阻R不随电压的变化而变化，所以先通过直流测量的方法测量其阻抗Z＝R；再在标定时施加25Hz交流信号，计算其感抗Xl，最终得到阻抗Z的值。

对于标定的通道，其标定模块的视在功率S分为有功功率P和感性无功功率Ql，公式为：

所以，有

因为感性负载的电流滞后于输入电压，而容性负载的电流超前于输入电压，当容性负载补偿功率等于感性负载时，此时电路中只有纯阻性的有功功率，即消耗最小。一般选择补偿系数为0.9～0.95；过低会出现欠补偿，达不到补偿的效果；过高，容易过补偿，同样会增大无功功率。

根据公式：功率因数

Ql为感性无功功率，根据公式(4)和公式(3)计算出补偿容量Qc。

本实施例中，轨道信号检测单元3进行轨道信号的输入电压和电流的AD采集，数字处理信号单元8结合输出继电器的状态判断标定模块的负载情况，由此推算出通道的感性无功功率Ql。

数字信号处理单元8经过计算得出需要补偿的容量Qc，并输出控制信号控制补偿单元42继电器的常开触点闭合，通过控制电容组的数量去控制电容组的投入参数。

因为通道参数的差异性，随着标定模块的增多，其计算的参数可能会偏大，需要投入补偿时要进行微调，在投入补偿参数的基础上，通过轨道信号单元实时采集补偿后的标定负载的功耗电流数据，与局部信号采集单元2的采集值进行比较，由于局部信号不带负载，与轨道信号功耗电流具有90°相位的偏移，因此可作为参考。

数字信号处理单元8根据电流偏差的数值大小与方向，去执行相应容量的补偿单元42进行微调，最多重复执行3次调整，直至电流信号调理单元32的电流与预设值偏差最小，最接近预设的补偿系数为准。

本实用新型通过闭环的方式，将无功补偿的功率投放，实现在很小的输入电流情况下，完成多模块的标定工作，提高了标定时波形质量、节约了时间成本，同时提高了产品性价比。

虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种自动功率补偿标定工装，包括

轨道信号采集单元(3)，其输入端与轨道信号连接；

局部信号采集单元(2)，其输入端与局部信号连接；

数字信号处理单元(8)，与所述轨道信号采集单元(3)及局部信号采集单元(2)的输出端耦接，根据轨道信号采集单元(3)、局部信号采集单元(2)的采集值计算补偿参数；

其特征在于，

还包括功率补偿单元(4)，所述功率补偿单元(4)包括相连接的执行单元(41)与补偿单元(42)，所述执行单元(41)与数字信号处理单元(8)连接，所述补偿单元(42)与轨道信号输入单元(31)及轨道输出单元(6)分别连接。

2.根据权利要求1所述的一种自动功率补偿标定工装，其特征在于，所述轨道信号采集单元(3)包括接入轨道信号的轨道信号输入单元(31)，还包括与所述轨道信号输入单元(31)、数字信号处理单元(8)分别连接的轨道信号电压调理单元(33)、轨道信号电流调理单元(32)以及轨道信号频率检测单元(34)。

3.根据权利要求2所述的一种自动功率补偿标定工装，其特征在于，所述轨道信号输入单元(31)包括霍尔传感器、变压器T1以及取样电阻R2，所述霍尔传感器接入轨道信号零线，所述变压器T1原边绕组的两端分别连接霍尔传感器以及轨道信号的火线，其副边绕组与取样电阻R2并联后连接到轨道信号电压调理单元(33)；所述轨道信号的火线以及霍尔传感器之间还并联有所述轨道信号频率检测单元(34)以及轨道输出单元(6)。

4.根据权利要求3所述的一种自动功率补偿标定工装，其特征在于，所述轨道信号电流调理单元(32)包括运算放大器U1，所述运算放大器U1的第一输入端连接电阻R3，第二输入端连接电阻R4后接地，输出端连接电阻R6，所述电阻R3连接所述霍尔传感器，电阻R6分别连接数字信号处理单元(8)以及电容C1，所述运算放大器U1的第一输入端与输出端之间连接有电阻R5。

5.根据权利要求3所述的一种自动功率补偿标定工装，其特征在于，所述轨道信号电压调理单元(33)包括运算放大器U2，所述运算放大器U2的第一输入端连接电阻R7，第二输入端连接电阻R8后接地，输出端连接电阻R10，所述电阻R7连接所述变压器T1的副边绕组，电阻R10分别连接数字信号处理单元(8)以及电容C2，所述运算放大器U2的第一输入端与输出端之间连接有电阻R9。

6.根据权利要求3所述的一种自动功率补偿标定工装，其特征在于，所述轨道信号频率检测单元(34)包括隔离光耦U3，所述隔离光耦U3发光器的一端与电阻R11串联后接入轨道信号输入单元(31)，所述隔离光耦U3发光器的两端之间还连接有二极管D2，其受光器的一端接地而另一端分别连接上拉电阻R12以及反相器U4输入端，所述上拉电阻R12接入电源，反相器U4输出端连接所述数字信号处理单元(8)。

7.根据权利要求1或6所述的一种自动功率补偿标定工装，其特征在于，所述局部信号采集单元(2)包括局部输入单元(21)以及局部信号频率检测单元(22)，所述局部信号频率检测单元(22)包括隔离光耦U5，所述隔离光耦U5发光器的一端与电阻R13串联后接入所述局部输入单元(21)，所述隔离光耦U5发光器的两端之间还连接有二极管D3，其受光器的一端接地而另一端分别连接电阻R14以及反相器U6输入端，所述电阻R14接入电源，反相器U6输出端连接所述数字信号处理单元(8)。

8.根据权利要求1所述的一种自动功率补偿标定工装，其特征在于，所述执行单元(41)包括至少两组调节单元，所述调节单元包括光耦合器，所述光耦合器感光器的一端连接所述数字信号处理单元(8)，另一端与限流电阻串联后接入电源；所述光耦合器受光器的一端接地，另一端连接继电器线圈后接入电源。

9.根据权利要求8所述的一种自动功率补偿标定工装，其特征在于，所述补偿单元(42)包括与所述调节单元数量对应一致的电容，所述电容与继电器常开触点连接后并在等效电感两端，所述等效电感两端还连接有轨道信号输入单元(31)。

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