CN212693881U - 低压开关柜功率信号相位差监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了低压开关柜功率信号相位差监测装置，包括低压开关柜电压信号采集端、低压开关柜电流信号采集端、矩形波相位差处理电路，还包括第一波形转换通道、第二波形转换通道、信号控制电路、异或门；通过第一波形转换通道、第二波形转换通道提高波形采集转换过程的精度；信号控制电路利用开关SW1‑SW3接通、断开的不同组合，异或门输出三组频率翻倍的矩形波，矩形波相位差处理电路对矩形波进行处理，得到去除测量系统的固有误差的低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差；本实用新型通过提高波形采集转换过程的精度、去除测量系统的固有误差提高低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差的测量精度。

Description

低压开关柜功率信号相位差监测装置

技术领域

本实用新型涉及低压开关柜领域，特别是涉及低压开关柜功率信号相位差监测装置。

背景技术

低压开关柜功率因数测量的精准度直接影响对电气设备效率的判断，是电力系统中一个重要的数据。在低压开关柜中通过查看电表知道功率因数的大小，电表一般通过对低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差进行测量进而显示功率因数的数值，现有技术测量方法中常使用基于过零比较的测量方法，但测量方法在使用过程中在过零点采集时会出现零点采集不准的问题，这将会加大测量误差，此外由于对比较器、积分电路还有其他元器件的使用使得对低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差进行测量的测量系统存在固有误差，这种测量系统的固有误差也会加大测量结果的误差，上述误差会降低低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差的测量精度。

因此本实用新型提供一种的新的方案来解决此问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供低压开关柜功率信号相位差监测装置，有效的解决了因零点采集不准以及测量系统的固有误差的存在使得低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差的测量精度降低的问题。

其解决的技术方案是，低压开关柜功率信号相位差监测装置，包括低压开关柜电压信号采集端、低压开关柜电流信号采集端、矩形波相位差处理电路，还包括第一波形转换通道、第二波形转换通道、信号控制电路、异或门；所述第一波形转换通道的输入端连接低压开关柜电压信号采集端，第二波形转换通道的输入端连接低压开关柜电流信号采集端，第一波形转换通道、第二波形转换通道的输出端分别连接异或门的两个输入端，异或门的输出端连接矩形波相位差处理电路；

信号控制电路处于第一状态时，低压开关柜电压信号采集端和低压开关柜电流信号采集端均接通，异或门输出的是低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差波形；信号控制电路处于第二状态时，只有低压开关柜电压信号采集端接通，异或门输出的是测量系统的第一固有误差波形；信号控制电路处于第三状态时，只有低压开关柜电流信号采集端接通，异或门输出的是测量系统的第二固有误差波形；低压开关柜的同频率电压与电流之间的最终相位差=低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差-(测量系统的第一固有误差+测量系统的第二固有误差)/2。

本实用新型所实现的有益效果：

信号控制电路处于第一状态时，低压开关柜电压信号采集端和低压开关柜电流信号采集端均接通，即在开关SW1、开关SW2接通、开关SW3断开的情况下，第一波形转换通道利用以电阻R8、电阻R9、非门NOT1、非门NOT2以及第二波形转换通道利用以电阻R13、电阻R14、非门NOT3、非门NOT4组成的两路施密特触发器将两路正弦波变为两路同频率的方波，以非门NOT5、非门NOT6、CMOS传输门TG1、CMOS传输门TG2组成的异或门将低压开关柜同频率的电流信号和电压信号之间的相位差转换为频率翻倍的矩形波，有效的提高了波形采集转换过程的精度；

信号控制电路处于第一状态时，低压开关柜电压信号采集端和低压开关柜电流信号采集端均接通，即在开关SW1、开关SW2接通，开关SW3断开的情况下，低压开关柜电压信号采集端的正弦交流电压信号进入第一波形转换通道转变为一路方波信号，低压开关柜电流信号采集端的正弦交流电流信号进入第二波形转换通道转变为另一路方波信号，两路方波经过异或门得到低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差波形；信号控制电路处于第二状态时，只有低压开关柜电压信号采集端接通，即在开关SW1、开关SW3接通、开关SW2断开的情况下，低压开关柜电压信号采集端的正弦交流电压信号进入第一波形转换通道转变为一路方波信号，低压开关柜电压信号采集端的正弦交流电压信号经第一波形转换通道中的变压器T1降压后经第二波形转换通道的电阻R10进入第二波形转换通道转变为另一路方波信号，转变的两路方波信号进入异或门得到测量系统的第一固有误差波形；信号控制电路处于第三状态时，只有低压开关柜电流信号采集端接通，即在开关SW1断开，开关SW2、开关SW3接通的情况下，低压开关柜电流信号采集端的正弦交流电流信号进入第二波形转换通道变为一路方波信号，低压开关柜电流信号采集端的正弦交流电流信号经第二波形转换通道中利用电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、运放器A1组成的电流/电压转换电路、变压器T2降压后经第一波形转换通道中的电阻R5进入第一波形转换通道变为另一路方波信号，转变的两路方波信号进入异或门得到测量系统的第二固有误差波形；即信号控制电路利用开关SW1-SW3接通、断开的不同组合，异或门可以输出三组频率翻倍的矩形波，矩形波相位差处理电路对上述三组频率翻倍的矩形波进行处理，可以得到去除测量系统的固有误差的低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差，低压开关柜的同频率电压与电流之间的最终相位差=低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差-(测量系统的第一固有误差+测量系统的第二固有误差)/2。

本实用新型通过提高波形采集转换过程的精度、在低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差的测量结果中去除测量系统的固有误差，有效的提高了低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差的测量精度。

附图说明

图1是本新型的电路原理图。

具体实施方式

为有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

以下将参照附图，通过实施方式详细的描述本实用新型提供的低压开关柜功率信号相位差监测装置。

低压开关柜功率信号相位差监测装置，包括低压开关柜电压信号采集端、低压开关柜电流信号采集端、矩形波相位差处理电路，还包括第一波形转换通道、第二波形转换通道、信号控制电路、异或门；所述第一波形转换通道的输入端连接低压开关柜电压信号采集端，第二波形转换通道的输入端连接低压开关柜电流信号采集端，第一波形转换通道、第二波形转换通道的输出端分别连接异或门的两个输入端，异或门的输出端连接矩形波相位差处理电路；信号控制电路处于第一状态时，低压开关柜电压信号采集端和低压开关柜电流信号采集端均接通，即在开关SW1、开关SW2接通、开关SW3断开的情况下，第一波形转换通道利用以电阻R8、电阻R9、非门NOT1、非门NOT2以及第二波形转换通道利用以电阻R13、电阻R14、非门NOT3、非门NOT4组成的两路施密特触发器将两路正弦波变为两路同频率的方波，以非门NOT5、非门NOT6、CMOS传输门TG1、CMOS传输门TG2组成的异或门将低压开关柜同频率的电流信号和电压信号之间的相位差转换为频率翻倍的矩形波，有效的提高了波形采集转换过程的精度；信号控制电路处于第二状态时，只有低压开关柜电压信号采集端接通，即在开关SW1、开关SW3接通、开关SW2断开的情况下，低压开关柜电压信号采集端的正弦交流电压信号进入第一波形转换通道转变为一路方波信号，低压开关柜电压信号采集端的正弦交流电压信号经第一波形转换通道中的变压器T1降压后经第二波形转换通道的电阻R10进入第二波形转换通道转变为另一路方波信号，转变的两路方波信号进入异或门得到测量系统的第一固有误差波形；信号控制电路处于第三状态时，只有低压开关柜电流信号采集端接通，即在开关SW1断开，开关SW2、开关SW3接通的情况下，低压开关柜电流信号采集端的正弦交流电流信号进入第二波形转换通道变为一路方波信号，低压开关柜电流信号采集端的正弦交流电流信号经第二波形转换通道中利用电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、运放器A1组成的电流/电压转换电路、变压器T2降压后经第一波形转换通道中的电阻R5进入第一波形转换通道变为另一路方波信号，转变的两路方波信号进入异或门得到测量系统的第二固有误差波形；即信号控制电路利用开关SW1-SW3接通、断开的不同组合，异或门可以输出三组频率翻倍的矩形波，矩形波相位差处理电路对上述三组频率翻倍的矩形波进行处理，可以得到去除测量系统的固有误差的低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差，低压开关柜的同频率电压与电流之间的最终相位差=低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差-(测量系统的第一固有误差+测量系统的第二固有误差)/2；本实用新型通过提高波形采集转换过程的精度、在低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差的测量结果中去除测量系统的固有误差，有效的提高了低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差的测量精度。

所述第一波形转换通道包括变压器T1，变压器T1的输入端即端口1和端口2连接低压开关柜电压信号采集端，变压器T1的端口3连接开关SW1的一端，开关SW1的另一端分别连接电阻R5的一端、开关SW3的一端，电阻R5的另一端分别连接电阻R6的一端、三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极分别连接电阻R7的一端、电阻R8的一端，电阻R6和电阻R7的另一端连接电源电压VCC，三极管Q1的发射级连接变压器T1的端口4并连接地，电阻R8的另一端分别连接电阻R9的一端、非门NOT1的输入端，非门NOT1的输出端连接非门NOT2的输入端，非门NOT2的输出端连接电阻R9的另一端；第一波形转换通道的工作原理为：信号控制电路处于第一状态时，低压开关柜电压信号采集端和低压开关柜电流信号采集端均接通，即在开关SW1、开关SW2接通，开关SW3断开的情况下，低压开关柜电压信号采集端的正弦交流电压信号经过变压器T1后电压降低，经过利用电阻R5、电阻R6、电阻R7、三极管Q1组成的放大电路使降压后的正弦交流电压信号驼载在直流分量之上，三极管Q1集电极的输出电压没有负值；三级管Q1集电极输出的正弦信号经过利用电阻R8、电阻R9、非门NOT1、非门NOT2组成施密特触发器变为同频率方波信号，施密特触发器可以避免使用过零比较器时出现的干扰现象，即避免在零点采集的过程中在阈值附近出现的输出干扰，使得零点采集输出不准的现象，施密特触发器的应用可以将正弦波形变为边沿陡峭的方波，而且可以将叠加在方波信号高、低电平上的噪声有效地清除；

所述第二波形转换通道包括运放器A1，运放器A1的同相输入端连接电阻R1的一端，运放器A1的反相输入端分别连接电阻R2的一端、低压开关柜电流信号采集端、电阻R3的一端，电阻R1和电阻R2的另一端连接地，运放器A1的输出端分别连接电阻R3的另一端、电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接地；变压器T2的输入端连接运放器A1的输出端，变压器T2的端口3连接开关SW2的一端，开关SW2的另一端分别连接电阻R10的一端、开关SW3的另一端，电阻R10的另一端分别连接电阻R11的一端、三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极分别连接电阻R12的一端、电阻R13的一端，电阻R12的另一端、电阻R11的另一端连接电源电压VCC，三极管Q2的发射级连接变压器T2的端口4并连接地，电阻R13的另一端分别连接电阻R14的一端、非门NOT3的输入端，非门NOT3的输出端连接非门NOT4的输入端，非门NOT4的输出端连接电阻R14的另一端；第二波形转换通道的工作原理为：信号控制电路处于第一状态时，低压开关柜电压信号采集端和低压开关柜电流信号采集端均接通，即在开关SW1、开关SW2处于接通状态，开关SW3处于断开状态的情况下，利用电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、运放器A1组成电流/电压转换电路，将低压开关柜电流信号采集端的正弦交流电流信号转换为正弦交流电压信号U2传输到变压器T2的输入端，变压器T2为降压器件，将正弦交流电压信号U2进行降压处理；利用电阻R10、电阻R11、电阻12、三极管Q2组成放大电路，使降压后的正弦交流电压信号U2驼载在直流分量之上，三极管Q2集电极的输出电压没有负值；利用电阻R13、电阻R14、非门NOT3、非门NOT4组成施密特触发器，将三极管Q2集电极输出的正弦电压信号变换为方波信号；

所述异或门包括非门NOT5，非门NOT5的输入端分别连接电阻R9的另一端、非门NOT2的输出端、CMOS传输门TG1的端口1、CMOS传输门TG2的端口4，非门NOT6的输入端分别连接电阻R14的另一端、非门NOT4的输出端、CMOS传输门TG1的端口2，非门NOT6的输出端连接CMOS传输门TG2的端口2，非门NOT5的输出端分别连接CMOS传输门TG1的端口4、CMOS传输门TG2的端口1，CMOS传输门TG1的端口3分别连接CMOS传输门TG2的端口3、矩形波相位差处理电路；异或门的工作原理为：信号控制电路处于第一状态时，低压开关柜电压信号采集端和低压开关柜电流信号采集端均接通，即在开关SW1、开关SW2处于接通状态，开关SW3处于断开状态的情况下，利用非门NOT5、非门NOT6、CMOS传输门TG1、CMOS传输门TG2组成异或门，将第一波形转换通道和第二波形转换通道输出的两路方波信号进行异或处理，得到一个频率翻倍的矩形波，频率翻倍的矩形波的脉宽就是低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差；

信号控制电路处于第一状态时，低压开关柜电压信号采集端和低压开关柜电流信号采集端均接通，即在开关SW1、开关SW2接通、开关SW3断开的情况下，第一波形转换通道利用以电阻R8、电阻R9、非门NOT1、非门NOT2以及第二波形转换通道利用以电阻R13、电阻R14、非门NOT3、非门NOT4组成的两路施密特触发器将两路正弦波变为两路同频率的方波，以非门NOT5、非门NOT6、CMOS传输门TG1、CMOS传输门TG2组成的异或门将低压开关柜同频率的电流信号和电压信号之间的相位差转换为频率翻倍的矩形波，有效的提高了波形采集转换过程的精度；

信号控制电路处于第二状态时，只有低压开关柜电压信号采集端接通，即在开关SW1、开关SW3接通、开关SW2断开的情况下，低压开关柜电压信号采集端的正弦交流电压信号进入第一波形转换通道转变为一路方波信号，低压开关柜电压信号采集端的正弦交流电压信号经第一波形转换通道中的变压器T1降压后经第二波形转换通道的电阻R10进入第二波形转换通道转变为另一路方波信号，转变的两路方波信号进入异或门得到测量系统的第一固有误差波形；信号控制电路处于第三状态时，只有低压开关柜电流信号采集端接通，即在开关SW1断开，开关SW2、开关SW3接通的情况下，低压开关柜电流信号采集端的正弦交流电流信号进入第二波形转换通道变为一路方波信号，低压开关柜电流信号采集端的正弦交流电流信号经第二波形转换通道中利用电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、运放器A1组成的电流/电压转换电路、变压器T2降压后经第一波形转换通道中的电阻R5进入第一波形转换通道变为另一路方波信号，转变的两路方波信号进入异或门得到测量系统的第二固有误差波形；即信号控制电路利用开关SW1-SW3接通、断开的不同组合，异或门可以输出三组频率翻倍的矩形波，矩形波相位差处理电路对上述三组频率翻倍的矩形波进行处理，可以得到去除测量系统的固有误差的低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差；

异或门输出的三组频率翻倍的矩形波进入矩形波相位差处理电路，矩形波相位差处理电路将测量系统的第一固有误差和测量系统的第二固有误差求和后取平均值得出测量系统的均值固有误差，将在信号控制电路处于第一状态时，低压开关柜电压信号采集端和低压开关柜电流信号采集端均接通，即将在开关SW1、开关SW2处于接通，开关SW3处于断开的状态下测量出的低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差数值减去测量系统的均值固有误差，最后的数值就是在低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差的测量结果中去除测量系统的固有误差的数值，即低压开关柜的同频率电压与电流之间的最终相位差=低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差-(测量系统的第一固有误差+测量系统的第二固有误差)/2，有效的提高了低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差的测量精度；优选的矩形波相位差处理电路可以是以单片机为核心的处理电路，也可以是以其他的微处理器为核心的处理电路，对异或门输出的矩形波进行信号处理、计算、显示测量结果。

采用以上结合附图描述的本实用新型，在具体使用时，信号控制电路处于第一状态时，低压开关柜电压信号采集端和低压开关柜电流信号采集端均接通，即在开关SW1、开关SW2接通，开关SW3断开的情况下，第一波形转换通道利用以电阻R8、电阻R9、非门NOT1、非门NOT2以及第二波形转换通道利用以电阻R13、电阻R14、非门NOT3、非门NOT4组成的两路施密特触发器将两路正弦波变为两路同频率的方波，以非门NOT5、非门NOT6、CMOS传输门TG1、CMOS传输门TG2组成的异或门将低压开关柜同频率的电流信号和电压信号之间的相位差转换为频率翻倍的矩形波，有效的提高了波形采集转换过程的精度；信号控制电路处于第二状态时，只有低压开关柜电压信号采集端接通，异或门输出的是测量系统的第一固有误差波形；信号控制电路处于第三状态时，只有低压开关柜电流信号采集端接通，异或门输出的是测量系统的第二固有误差波形；低压开关柜的同频率电压与电流之间的最终相位差=低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差-(测量系统的第一固有误差+测量系统的第二固有误差)/2；即信号控制电路利用开关SW1-SW3接通、断开的不同组合，异或门可以输出三组频率翻倍的矩形波，矩形波相位差处理电路对上述三组频率翻倍的矩形波进行处理，可以得到去除测量系统的固有误差的低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差；本实用新型通过提高波形采集转换过程的精度、在低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差的测量结果中去除测量系统的固有误差，有效的提高了低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差的测量精度。

Claims (4)

1.低压开关柜功率信号相位差监测装置，包括低压开关柜电压信号采集端、低压开关柜电流信号采集端、矩形波相位差处理电路，其特征在于，还包括第一波形转换通道、第二波形转换通道、信号控制电路、异或门；所述第一波形转换通道的输入端连接低压开关柜电压信号采集端，第二波形转换通道的输入端连接低压开关柜电流信号采集端，第一波形转换通道、第二波形转换通道的输出端分别连接异或门的两个输入端，异或门的输出端连接矩形波相位差处理电路；

信号控制电路处于第一状态时，低压开关柜电压信号采集端和低压开关柜电流信号采集端均接通，异或门输出的是低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差波形；信号控制电路处于第二状态时，只有低压开关柜电压信号采集端接通，异或门输出的是测量系统的第一固有误差波形；信号控制电路处于第三状态时，只有低压开关柜电流信号采集端接通，异或门输出的是测量系统的第二固有误差波形；低压开关柜的同频率电压与电流之间的最终相位差=低压开关柜的同频率电压与电流之间的相位差-(测量系统的第一固有误差+测量系统的第二固有误差)/2。

2.如权利要求1所述的低压开关柜功率信号相位差监测装置，其特征在于，所述第一波形转换通道包括变压器T1，变压器T1的输入端即端口1和端口2连接低压开关柜电压信号采集端，变压器T1的端口3连接开关SW1的一端，开关SW1的另一端分别连接电阻R5的一端、开关SW3的一端，电阻R5的另一端分别连接电阻R6的一端、三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极分别连接电阻R7的一端、电阻R8的一端，电阻R6和电阻R7的另一端连接电源电压VCC，三极管Q1的发射级连接变压器T1的端口4并连接地，电阻R8的另一端分别连接电阻R9的一端、非门NOT1的输入端，非门NOT1的输出端连接非门NOT2的输入端，非门NOT2的输出端连接电阻R9的另一端。

3.如权利要求2所述的低压开关柜功率信号相位差监测装置，其特征在于，所述第二波形转换通道包括运放器A1，运放器A1的同相输入端连接电阻R1的一端，运放器A1的反相输入端分别连接电阻R2的一端、低压开关柜电流信号采集端、电阻R3的一端，电阻R1和电阻R2的另一端连接地，运放器A1的输出端分别连接电阻R3的另一端、电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接地；变压器T2的输入端连接运放器A1的输出端，变压器T2的端口3连接开关SW2的一端，开关SW2的另一端分别连接电阻R10的一端、开关SW3的另一端，电阻R10的另一端分别连接电阻R11的一端、三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极分别连接电阻R12的一端、电阻R13的一端，电阻R12的另一端、电阻R11的另一端连接电源电压VCC，三极管Q2的发射级连接变压器T2的端口4并连接地，电阻R13的另一端分别连接电阻R14的一端、非门NOT3的输入端，非门NOT3的输出端连接非门NOT4的输入端，非门NOT4的输出端连接电阻R14的另一端；

所述信号控制电路包括开关SW1、开关SW2、开关SW3。

4.如权利要求1所述的低压开关柜功率信号相位差监测装置，其特征在于，所述异或门包括非门NOT5，非门NOT5的输入端分别连接电阻R9的另一端、非门NOT2的输出端、CMOS传输门TG1的端口1、CMOS传输门TG2的端口4，非门NOT6的输入端分别连接电阻R14的另一端、非门NOT4的输出端、CMOS传输门TG1的端口2，非门NOT6的输出端连接CMOS传输门TG2的端口2，非门NOT5的输出端分别连接CMOS传输门TG1的端口4、CMOS传输门TG2的端口1，CMOS传输门TG1的端口3分别连接CMOS传输门TG2的端口3、矩形波相位差处理电路。

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