CN2126486U - 智能化电力电话谐波因数测试仪 - Google Patents

Abstract

智能化电力电话谐波因数测试仪是一种微机控 制的多功能智能化仪器，由微机、电话谐波因数测试 装置，接口电路、数模转换器、控制器、显示器和屏蔽 机壳组成，电话谐波因数测试装置由输入网络、可变 衰耗器、前置放大器、模拟开关、滤波器、主放大器、电 压转换器和缓冲放大器构成。滤波器包括电话加权、 音频和谐波滤波器，仪器设有自检自校用振荡器，输 入网络设有过压保护装置，具有高性能和低成本等特 点，还可用于波形畸变率测量。

Description

本实用新型是一种用微型计算机控制的电力电话谐波因数测试仪，属于电力仪器仪表技术领域。

现有的测量电力电话谐波因数（THF）的仪器，一般都只具有单一功能，同时测量很不方便。

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种智能化电力电话谐波因数测试仪。

本实用新型应用微机和有源滤波技术，实现电力电话谐波因数测试仪的多功能和智能化。本实用新型由微机、电话谐波因数测试装置、接口电路、数模（A／D）转换器、控制器、显示器和屏蔽机壳组成，而电话谐波因数测试装置由输入网络、可变衰耗器、前置放大器、模拟开关、滤波器、主放大器、电压转换器和缓冲放大器构成。滤波器包括电话加权滤波器、音频滤波器和电力谐波滤波器。为了能自动检测和校正仪器，设置了自动故障检测和电平校正装置，它由一个自检自校用的振荡器、衰耗器、模拟开关和单片微机组成。为了提高测试精度，滤波器采用高性能带零点有源滤波器，它由两个运算放大器、电阻和电容组成，在一个运算放大器的同相输入端与地之间接有零点恢复装置，在两个运算放大器的输出端与反相输入端之间接有消除自消除自激装置。零点恢复装置由一个电阻构成，消除自激装置由两个容量精确相等的电容器构成。为了实现多功能，仅在测量装置上增加一个电力谐波滤波器，即可构成电力波形畸变测量装置。为了减少数字电路的干扰，A／D转换器单端输入信号线采用了专用地线。

本实用新型与现有技术相比，具有智能化、高性能、低成本和多功能等特点。在微机控制下，仪器可以实现自动换档、自动测量、数据处理、自动故障检测和自动电平校正等。由于采用过压保护和采用多种方法减少数字与模拟信号之间的干扰，使仪器工作性能稳定、可靠。本仪器不仅可以用于电力电话谐波因数测试，也可以用于电力波形畸变率的测量，还可用作音频电平表。

图1为本仪器的方框结构示意图；图2为电话谐波因数测试装置方框结构示意图；图3为输入网络电路原理图；图4为控制器及接口电路图；图5为输入、输出接口电路图。

本实用新型可采用附图所示的方案实现。图1中的电话谐波因数测试装置（A）可采用图2所示的方案；A／D转换器（B）把模拟信号转换成数字信号，可采用12位积分式A／D转换器7109组成，并直接与微机相连接；微机（C）可采用8位单片机8031，（K）为键盘及其输入电路；低位地址锁存器（D）可采用集成块74LS373组成；只读存贮器（E）用于存放计算机软件，它可采用2764电路；工作状态控制信号并行输出寄存器（F）把微机输出的串行控制信号变成并行信号暂存起来，提供给电话谐波因数测试装置（A），可采用74LS164；档位控制信号并行输出寄存器（G）也可采用74LS164组成；控制门（H）在微机控制下，把串行输入输出线上的信号分别送到（F）、（G）和显示器（I），把由键盘（K）输入的信号送到微机，同时还起信号缓冲作用，它可由两块74LS126构成。显示器（I）由三部分组成，一是测量结果显示，由一只LED符号数码管（可显示正、负号和数字1）及显示上下溢出的两只LED数码管和三只LED数码管构成，它通过四块74LS164把微机送来的串行显示信号变成并行驱动信号驱动显示器件；二是测量单位显示，由7只LED数码管构成，由一块74LS164驱动，分别指示dB、V、mV、μV和％、‰、

等；三是测量项目和状态显示，由8只LED构成，用两块74LS164驱动，分别指示音频电平、THF、波形畸变、滤波器特性测量、自检自校、200ms（单次）、1s（16次平均）、10s（128次平均）。键盘（K）由5只按键和一只并／串移位寄存器（如74LS165）组成，包括测量项目选择键（每按一次键可顺序选择音频电平、THF、波形畸变率三种项目中的一种，选中的项目由对应的LED指示），自检自校键，测量方式（时间）选择键（每按一次键可顺序选择单次（200ms）、16次平均（1s）、128次平均（10s）三种方式中的一种，选中的方式由LED指示），滤波特性测量专用键（测试仪器专用，由红LED指示），显示方式键（可在dB和电压方式中交替选择）。

图1中各信号线说明如下：1号线传送代表被测量均方根值的直流电压信号到A／D转换器，其中包含一根专用地线。2号线传送中断请求信号。3号线为单片机对A／D转换器的控制信号。4号线为A／D转换器输出口地址线。5号线为A／D输出数据总线。6号线为单片机数据总线。7号线为低地址锁存线。8、9、10号线为地址总线。11号线为只读存储器数据总线。12号线为串行输入输出线。13号线为同步时钟线。14号线为串行口控制总线。15号线为测量状态控制总线。16号线为测量档位控制总线。17、19、21号线为缓冲后的串行输出同步时钟线。23号线为串行输入同步时钟线。18、20、22号线为缓冲后的串行输出线。24号线为串行输入线。

图2中1′号线，3′号与4′号线，5′号线均为状态控制线。2′号线为档位控制线。

电话谐波因数测试装置（A）可采用如图2所示的方案。输入网络（1A）可采用图3所示的电路实现，在状态控制信号作用下，可处于宽带输入状态或一阶滤波器状态（这种状态与电话加权滤波器（1E）共同组成THF滤波器），在宽带输入状态时可分为有－40dB和0dB衰耗两种情况。可变衰耗器（1B）由八选一模拟开关（如4051）和精密电阻构成，它可在控制信号作用下，对模拟信号分别衰减0dB、－10dB、－20dB、－30dB、－40dB、－50dB、－60dB，还可输入－60dBm的800Hz自检自校信号。前置放大器（1C）可采用常用的前置放大器，增益为10dB。一对模拟开关（1D）和（1H）可采用4051构成，可在状态控制信号作用下选择不同的滤波器，进行不同的项目测量，自检自校时还可选择直通而不通过任何滤波器，（1H）还可引入－20dBm的800Hz自检信号。电话加权滤波器（1E）可采用计算机辅助设计的高性能电话加权有源滤波器。音频滤波器（1F）为有源带通滤波器（31.5Hz～16KHz）。谐波滤波器（1G）采用计算机辅助设计的高性能有源滤波器，它对50Hz相对衰减达    －92dB以上，而对100Hz以上时为直通，波纹为±0.1dB。主放大器（1I）的增益为10dB，可用通用型运放构成，例如采用    LM353的一半。电压转换器（1J）将交流信号有效值转换成直流电压，可采用AD636构成。缓冲放大器（1K）为被测信号输出缓冲放大器，增益为10dB。自检自校用振荡器（1L）的频率为800Hz，输出约－20dBm，仅在自检自校时由状态控制信号接通输出模拟开关。

输入网络（1A）的电路如图3所示，a和地线（丄）为输入端，它由继电器J₁和J₂、集成块IC₁和IC₂、稳压管D₁、二极管D₂、D₃、D₄和D₅、电容C₁、C₂和C₃、电阻R_1～7组成，丄为模拟接地、 为数字接地符号，SC₁和SC₂为状态控制信号。图中继电器J₁和J₂处于宽带输入状态，衰耗为0dB，输出负载应为100K，输入阻抗为100K，当J₂接到下方时，衰耗为－40dB。当J₁和J₂都接到下方触点时，组成一个一阶高通滤波器，它把电力谐波中800Hz分量衰耗100倍（－40dB），与电话加权滤波器（1E）组成THF滤波器。有关元件可取以下一组参考数据电阻：R₁＝988K，R₂＝11.1K，R₃＝4.99K，R₄＝R₆＝30K，R₅＝R₇＝10K，电容C₁＝200.0PF，C₂＝C₃＝0.01μF，稳压管D₁为2DW₇，也可用两只耐压相当的稳压管组合，D₂～D₅为2CP系列二极管，D₃和D₅可不用，IC₁和IC₂可用一块LM324四运放电路的一半，R₃和D₁构成过电压保护装置。

控制电路如图4所示，R₂₀和R₂₁为5.1K排阻，IC₁₁（以及R₂₀对应图1中的F）和IC₂₁（以及R₂₁对应图1中的G）为74LS164，IC₃₁和IC₄₁为74LS126（对应图1中的H），IC₅₁（对应图1中的C）为单片微机8031。图5中的驱动电路IC₁₂为74LS165，它和排阻R₁₂及五只键对应图1中的K；IC₂₂～IC₇₂为74LS164，之和相关元件构成图1中的I；IC₈₂为74LS164电路。RD₁由两只LED和一只LED符号数码管及限流电阻构成，RD₂、RD₃、RD₄均由1只LED数码管及限流电阻阻构成，RD₅由5只LED数码管及限流电阻构成，RD₆由3只LED数码管及限流电阻构成，RD₇由7只LED、数码管及限流电阻构成。图4中的A₂、B₂、C₂、D₂、E₂、F₂、G₂分别与图5中的对应标号相连接。

本实用新型的自检自校装置由图2中的800Hz正弦振荡器（1L）模拟开关（1D）和（1H）及微机组成，该振荡器失真度应小于1％。自检从A／D变换器开始，首先利用A／D变换器的检测端检查它是否正常。如果正常，则把800Hz、－20dBm电平的自检信号送入（H）进入（I）和（J），以判断主放大器和均方根值——直流变换器是否正常。如果正常，则把自检信号送入（B）衰减为－60dBm送入（C），再由（D）直通（H），以判断前置放大器是否正常。下一步是信号由（D）分别通过（E）、（F）或（G），以检验电话加权滤波器、音频宽带滤波器和谐波滤波器是否正常。如果正常，则进行自校。自校采用自检信号进入（H）→（I）→（J）的测量结果与进入（B）→（C）→（D）→（F）→（H）→（I）→（J）的测量结果比较，得出相对误差，存在计算机中作校正测量值用。自检过程每一步都正常，则显示R×，×表示自检步骤的阿拉伯数字，校正值也依次显示；如果不正常，则显示E×；如有多处不正常，则显示E××等。

本实用新型采用如下安装和屏蔽方式：图1中（B）、（C）、（D）、（E）、（F）、（G）和（H）安装在一块印制板上，并占一个屏蔽仓；（I）安装一块板，（K）安装一块板，并合占一个屏蔽仓。图2中（1A）、（1B）、（1C）和（1D）安装一块板，并占一个屏蔽仓；（1E）、（1F）和（1G）各安装一块板，但合占一个屏蔽仓；（1H）、（1I）、（1J）、（1K）和（1L）合装一块板，并占一个屏蔽仓；电源变压器占一个屏蔽仓，稳压电源占一个屏蔽仓。

按照国际和国家标准，电力THF和波形畸变率都在100伏左右输入电压下侧量。THF测量先利用宽带音频滤波器测出被测工频电压的有效值，再利用THF滤波器测出其加权有效值，由计算机给出电力电话谐波因数（THF）。波形畸变率类似于前者，区别是仅用50Hz谐波滤波器代替THF滤波器。

Claims (3)

1、一种用微机控制的智能化电力电话谐波因数测试仪，其特征在于它由微机、电力电话谐波因数测试装置、接口电路、数模转换器、控制器、显示器和屏蔽机壳组成，电话谐波因数测试装置由输入网络、可变衰耗器、前置放大器、模拟开关、有源滤波器、主放大器、电压转换器和缓冲放大器构成。

2、根据权利要求1所述的智能化电力电话谐波因数测试仪，其特征在于输入网络由继电器J₁和J₂、集成块IC₁和IC₂、稳压管D₁、二极管D₂～D₅、电容C₁～C₃、电阻R₁～R₇组成。

3、根据权利要求1所述的智能化电力电话谐波因数测试仪，其特征在于电话加权滤波器和电力电话谐波滤波器采用高性能带零点有源滤波器。

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