一種電能表檢定裝置輸出多種諧波的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電能表檢定裝置輸出多種諧波的方法，屬計(jì)量檢測(cè)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前電子技術(shù)飛速發(fā)展，大量的非線性用電設(shè)備如電弧煉鋼爐、沖擊負(fù)荷、電力電子調(diào)頻、電力機(jī)車牽引、電力充電設(shè)備接入電網(wǎng)。這些負(fù)荷的接入將對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生很大的干擾，不僅會(huì)產(chǎn)生50Hz工頻整數(shù)倍的干擾諧波，還會(huì)產(chǎn)生頻率大于50Hz但非工頻整數(shù)倍頻率的間諧波(如79Hz，63Hz，11 IHz等)，也可能會(huì)產(chǎn)生頻率小于20Hz但非工頻整數(shù)倍頻率的次諧波(如9Hz，13Hz，I IHz等)，現(xiàn)有的電能表檢定裝置只能產(chǎn)生檢定電能表所需的工頻輸出，也可產(chǎn)生或在工頻輸出的基礎(chǔ)上疊加2-21次諧波輸出，即現(xiàn)有的電能表檢定裝置只能產(chǎn)生或疊加的諧波均為工頻的整數(shù)倍頻，無(wú)法產(chǎn)生或在工頻基礎(chǔ)上疊加非工頻頻率整數(shù)倍的間諧波和次諧波。
[0003]目前電能表檢定裝置產(chǎn)生工頻信號(hào)輸出的原理為:將I個(gè)周期的正弦波波形離散成N個(gè)點(diǎn)，以3600點(diǎn)為例，每2個(gè)離散點(diǎn)間相差0.1°。將每個(gè)離散點(diǎn)號(hào)及其對(duì)應(yīng)角度的正弦值一一對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)在RAM中，離散點(diǎn)點(diǎn)號(hào)作為RAM的存儲(chǔ)地址，其對(duì)應(yīng)角度正弦值作為存儲(chǔ)數(shù)值。比如第I點(diǎn)，地址為0001，其數(shù)值為Asin0.1;第k點(diǎn)地址為:000k，其數(shù)值為Asin0.1k。工作時(shí)CPU將存儲(chǔ)在RAM中的數(shù)值按順序送到D/A進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換變成模擬信號(hào)，即離散點(diǎn)數(shù)值從RAM發(fā)送到D/A的節(jié)拍頻率為:50 X 3600=180000Hz。模擬信號(hào)再經(jīng)功率放大器輸出即可供檢定使用。具體工作流程如圖1原電能表檢定裝置第一信號(hào)源工作示意圖所示。
[0004]第一信號(hào)源包括CPU、第一存儲(chǔ)器RAM、數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(l)、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(2)、驅(qū)動(dòng)電路和電壓頻率轉(zhuǎn)換器。如圖1所示。輸出或疊加工頻整數(shù)倍頻率諧波的方法同上，還是將I個(gè)工頻周期的波形離散成3600個(gè)點(diǎn)。將每個(gè)離散點(diǎn)號(hào)及其對(duì)應(yīng)的函數(shù)值一一對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)在RAM中。實(shí)踐需要找到一種電能表檢定裝置輸出多種諧波的方法，實(shí)現(xiàn)電能表檢定裝置不僅可輸出工頻、可疊加工頻整數(shù)倍諧波，也能輸出間諧波、次諧波。用于對(duì)電能表的綜合誤差進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估，為研究間諧波、次諧波對(duì)電能計(jì)量的影響提供理論依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是，為了解決電能表檢定裝置采用傳統(tǒng)方法無(wú)法在工頻輸出的基礎(chǔ)上疊加輸出次諧波、間諧波的狀況，即解決傳統(tǒng)方法存在疊加次諧波、間諧波時(shí)，會(huì)因合成波形的包絡(luò)周期大、周期不確定、可能是為非整數(shù)或無(wú)限循環(huán)小數(shù)等情況而無(wú)法實(shí)現(xiàn)的問題，本發(fā)明提出一種電能表檢定裝置輸出多種諧波的方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是，本發(fā)明一種電能表檢定裝置輸出多種諧波的方法，保留電能表檢定裝置原有能輸出工頻波形、可疊加工頻整數(shù)倍諧波的部分稱為第一信號(hào)源，另外再增加一個(gè)次諧波信號(hào)源電路，稱為第二信號(hào)源，第二信號(hào)源只產(chǎn)生次諧波及間諧波。
[0007]本發(fā)明方法將第一信號(hào)源的輸出與第二信號(hào)源的輸出通過(guò)運(yùn)算放大器搭建的加法器疊加合成；即可將第一將信號(hào)源的工頻信號(hào)、工頻整數(shù)倍諧波信號(hào)和第二信號(hào)源輸出的次諧波信號(hào)、間諧波信號(hào)疊加合成一個(gè)波形信號(hào);再將合成信號(hào)輸出到功率放大器放大輸出。
[0008]所述第二信號(hào)源包括主電路、調(diào)幅電路和調(diào)頻電路。
[0009]所述主電路包括CPU、第二存儲(chǔ)器RAM(2)、第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(3)。工作時(shí)，CPU將I個(gè)周期的次諧波或間諧波信號(hào)離散成3600點(diǎn)，每個(gè)間隔為0.1°;將每個(gè)離散點(diǎn)號(hào)及其對(duì)應(yīng)角度的正弦值一一對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)在第二存儲(chǔ)器RAM(2)中，離散點(diǎn)號(hào)作為第二存儲(chǔ)器RAM(2)的存儲(chǔ)地址，其對(duì)應(yīng)角度正弦值作為存儲(chǔ)數(shù)值;CPU將存儲(chǔ)在第二存儲(chǔ)器RAM( 2)中的數(shù)值按順序送到第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(3)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換變成模擬信號(hào);輸出波形的初始相位角設(shè)置和調(diào)整也通過(guò)主電路實(shí)現(xiàn)；電能表檢定裝置需輸出三相電壓和三相電流共6相輸出，A、B、C各相差120°，這6相都共用第三存儲(chǔ)器RAM(3)中的數(shù)據(jù)，只是讀取第二存儲(chǔ)器RAM(2)中數(shù)據(jù)的起始地址不一。
[0010]所述調(diào)幅電路包括CPU、第四數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(4)和第二驅(qū)動(dòng)(2)電路。所述調(diào)幅電路負(fù)責(zé)通過(guò)控制主電路第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(3)輸出直流信號(hào)的幅值來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整主電路第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(3)的基準(zhǔn)電壓。主電路中的第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(3)—個(gè)特性就是其輸出信號(hào)的幅值與基準(zhǔn)電壓的大小成正比，通過(guò)CPU將所需設(shè)置的幅值數(shù)字值發(fā)送到第四數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(4);第四數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(4)將該數(shù)字值轉(zhuǎn)換為基準(zhǔn)電壓輸出作為主電路第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(3)的基準(zhǔn)電壓，這樣即可通過(guò)CPU改變第四數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(4)的輸出電壓來(lái)改變第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A( 3 )的基準(zhǔn)電壓，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的幅值控制。
[0011]所述調(diào)頻電路包括CPU、第五數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(5)和第二電壓頻率轉(zhuǎn)換器V/F(2)轉(zhuǎn)換電路。所述調(diào)頻電路負(fù)責(zé)控制主電路第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(3)輸出波形的頻率。第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(3)的另一個(gè)特性就是其輸出信號(hào)的頻率與轉(zhuǎn)換節(jié)拍成正比，通過(guò)CPU將所需設(shè)置的頻率數(shù)字值發(fā)送到第五數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(5)。第五數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(5)將該數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬電壓輸出到第二電壓頻率轉(zhuǎn)換器V/F(2)轉(zhuǎn)換電路，第二電壓頻率轉(zhuǎn)換器V/F(2)轉(zhuǎn)換電路將電壓轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)輸出到第二存儲(chǔ)器RAM(2)和第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(3)作為第二存儲(chǔ)器RAM( 2)和第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A( 3)的送數(shù)及轉(zhuǎn)換節(jié)拍，這樣即可通過(guò)CPU改變第五數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(5)的輸出電壓，再經(jīng)第二電壓頻率轉(zhuǎn)換器V/F(2)變換來(lái)改變第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A( 3)的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的頻率控制。
[0012]所述第二信號(hào)源與第一信號(hào)源都受第一信號(hào)源的CPU控制。
[0013]所述加法器疊加合成使用了2級(jí)運(yùn)算放大電路，其中第一級(jí)采用的是反向加法電路，第二級(jí)再加一反相器。
[0014]所述加法器疊加合成電路如下:所述第二信號(hào)源產(chǎn)生了間諧波和次諧波輸出后，再將第一信號(hào)源與第二信號(hào)源的輸出信號(hào)進(jìn)行相加，其中第一信號(hào)源的信號(hào)輸出通過(guò)電阻Rl—路接加法器的“一”端，另一路接電阻Rf，再通過(guò)電阻Rf連接加法器的輸出端;第二信號(hào)源的輸出通過(guò)電阻R2接加法器的“一”端，輸入到加法電路;加法器的“+”端接地;加法器的輸出端一路通過(guò)電阻Rs連接反向器的“一”端;加法器的輸出端的另一路通過(guò)電阻Rf連接反向器的輸出端;反向器的“+”端接地。其中，Vl為第一信號(hào)源輸出電壓;V2為第二信號(hào)源輸出電壓。
[0015]本發(fā)明具體工作原理如圖2工頻、諧波、次諧波、間諧波信號(hào)發(fā)生工作示意圖所示。
[0016]第二信號(hào)源的工作原理為:CPU將I個(gè)周期的次諧波或間諧波離散成3600個(gè)點(diǎn)，將每個(gè)離散點(diǎn)號(hào)及其對(duì)應(yīng)角度的正弦值一一對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)在第二存儲(chǔ)器RAM2中，離散點(diǎn)點(diǎn)號(hào)作為第二存儲(chǔ)器RAM2的存儲(chǔ)地址，其對(duì)應(yīng)角度正弦值作為存儲(chǔ)數(shù)值。比如第I點(diǎn)，地址為0001，其數(shù)值為Asin0.1;第k點(diǎn)地址為:000k，其數(shù)值為Asin0.1k。工作時(shí)CPU將存儲(chǔ)在第二存儲(chǔ)器RAM2中的數(shù)值按順序送到第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(3)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換變成模擬信號(hào)，第二信號(hào)源實(shí)現(xiàn)次諧波或間諧波的關(guān)鍵在于(PU控制第二存儲(chǔ)器RAM2向第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(3)送數(shù)及第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(3)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)次諧波或間諧波的頻率。
[0017]比如要實(shí)現(xiàn)20Hz的次諧波輸出，20Hz的次諧波的周期為50ms，在50ms的周期內(nèi)要實(shí)現(xiàn)3600個(gè)點(diǎn)完成數(shù)模轉(zhuǎn)換，那CPU控制第二存儲(chǔ)器RAM2向第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(3)將3600點(diǎn)數(shù)送到第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A( 3)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換頻率為:f=3600/50=72Hz。
[0018]同樣要實(shí)現(xiàn)80Hz的間諧波輸出時(shí)，80Hz的間諧波的周期為12.5ms，在12.5ms的時(shí)間內(nèi)要完成3600個(gè)點(diǎn)的數(shù)模轉(zhuǎn)換，S卩CPU控制第二存儲(chǔ)器RAM2向第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(3)送數(shù)，第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A( 3)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換的頻率為:f=3600/12.5=288Hz。
[0019]產(chǎn)生了間諧波和次諧波輸出后，再將第一信號(hào)源與第二信號(hào)源的輸出信號(hào)進(jìn)行相加，其中第一信號(hào)源的信號(hào)輸出接圖3的Vl端，輸入到加法電路;第二信號(hào)源的輸出接到圖3的V2端，輸入到加法電路。加法器具體電路如附圖3所示:工頻及諧波信號(hào)源和次諧波及間諧波信號(hào)源合成工作示意圖，加法器電路使用了2級(jí)運(yùn)算放大電路，其中第一級(jí)采用的是反向加法電路，輸出為Vo=-Vi,因此隨后再加一反相器。
[0020]圖3 中的Rl=R2=Rf=Rs，Vo=-Rf/Rs [ (-Rf/Rl) X Vl + ( -Rf/R2) X V2 ]。因此加法器的最終輸出結(jié)果為Vo=Vl+V2。
[0021]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明在電能表檢定裝置原有的工頻輸出、工頻整數(shù)倍諧波輸出的基礎(chǔ)上，增加