專利名稱：電功率表相位檢測(cè)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電功率表的校正方法，特別是公開(kāi)一種電功率表相位檢測(cè)控制系統(tǒng)，通過(guò)全相360°范圍內(nèi)檢測(cè)電壓、電流的相位差，實(shí)現(xiàn)各類功率準(zhǔn)確校正。
背景技術(shù)：
電功率表校正過(guò)程中需要校正有功功率、無(wú)功功率、視在功率等，這就需要在電流輸入端輸入一個(gè)相對(duì)與電壓信號(hào)可調(diào)相位的電流信號(hào)來(lái)測(cè)試。以往的方法是固定電流與電壓相位差0°、30°、60°、90°、120°等有限的幾個(gè)點(diǎn)來(lái)測(cè)試，這樣不能準(zhǔn)確地描繪出電功率表的相位特性曲線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用DDS技術(shù)，可以精確檢測(cè)電壓、電流的相位差，并可控制電流輸出相位相對(duì)于電壓輸出以0.03°的步長(zhǎng)，在全相360°范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。這樣可以詳細(xì)地描繪出電功率表的電壓、電流特性曲線，使得各類功率校正更準(zhǔn)確。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種電功率表相位檢測(cè)控制系統(tǒng)，其特征在于包括微控制器、有源晶振、電壓波形發(fā)生器、電流波形發(fā)生器、電壓功率驅(qū)動(dòng)器、電流功率驅(qū)動(dòng)器、鑒相器和被測(cè)電功率表組成相位檢測(cè)控制系統(tǒng)。由有源晶振輸出時(shí)鐘同步驅(qū)動(dòng)微控制器和電壓波形發(fā)生器、電流波形發(fā)生器，由微控制器分別控制電壓電流波形發(fā)生器輸出同步頻率的正弦波，經(jīng)電壓功率驅(qū)動(dòng)器和電流功率驅(qū)動(dòng)器分別啟動(dòng)被測(cè)電功率表的電壓、電流輸入端，同時(shí)電壓、電流正弦波饋入鑒相器，鑒相器的兩個(gè)輸出端分別輸出一個(gè)表示電流信號(hào)相對(duì)于電壓信號(hào)的相位超前/滯后的電平信號(hào)Q到微控制器的I/O輸入/輸出端口，鑒相器的另一個(gè)輸出信號(hào)C表示電壓、電流相位差，將其輸出到微控制器的CCI (捕捉)端口，微控制器設(shè)置CCI端口為上下沿均捕捉模式。所述的微控制器記錄相位差信號(hào)的上下沿之間捕捉到的計(jì)數(shù)值，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率與微控制器的時(shí)鐘頻率成正比；由于電壓波形發(fā)生器、電流波形發(fā)生器輸出的正弦波頻率與電壓波形發(fā)生器、電流波形發(fā)生器的時(shí)鐘頻率成正比，且電壓波形發(fā)生器、電流波形發(fā)生器的時(shí)鐘頻率與微控制器的時(shí)鐘頻率采用同一有源晶振的時(shí)鐘源，故計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率與電壓波形發(fā)生器、電流波形發(fā)生器輸出的正弦波頻率成正比；將計(jì)數(shù)值乘以計(jì)數(shù)頻率再乘以比例因子，即可得到電壓電流信號(hào)的相位差。通過(guò)相位差信號(hào)的上升/下降沿，微控制器捕捉上下沿之間的定時(shí)器計(jì)數(shù)變化值 b。由DDS (Direct Digital Synthesizer，直接數(shù)字合成器)的特性可知，其輸出正弦波的頻率與其時(shí)鐘頻率及控制字相關(guān)
fo = fsXFTW+248
其中fQ 輸出正弦波頻率-’fs =DDS時(shí)鐘頻率；FTW =DDS輸出頻率控制字。當(dāng)FTW固定時(shí)，fQ與&成正比。即有DDS時(shí)鐘的一個(gè)脈沖相當(dāng)于輸出正弦波的相位角度值(單位為度)
a = (foX360) + fs
由于DDS與微控制器使用同一時(shí)鐘源，且微控制器定時(shí)器的脈沖當(dāng)量與微控制器時(shí)鐘相同，即有定時(shí)器脈沖當(dāng)量等于DDS時(shí)鐘的脈沖當(dāng)量，用這個(gè)脈沖當(dāng)量a乘以微控制器的定時(shí)器計(jì)數(shù)變化值b，即可得到電壓、電流相位差值。微控制器根據(jù)由鑒相器檢測(cè)到得的電壓電流相位差信號(hào)，控制電壓波形發(fā)生器、 電流波形發(fā)生器對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行連續(xù)移相，即控制輸出電流的DDS的14Bit移相控制字， 可以調(diào)節(jié)輸出電流相對(duì)于輸出電壓的相位，調(diào)節(jié)精度可達(dá)0.0219°。從而可以通過(guò)連續(xù)移動(dòng)電流相位的方法，詳細(xì)地描繪出單向電功率表的電壓、電流特性曲線，進(jìn)而算出其有功功率、無(wú)功功率、視在功率等特性參數(shù)。本發(fā)明的有益效果是利用DDS技術(shù)，可以精確檢測(cè)電壓、電流的相位差，并可控制電流輸出相位相對(duì)于電壓輸出以0.03°的步長(zhǎng)，在全相360°范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。從而通過(guò)連續(xù)移動(dòng)電流相位的方法，詳細(xì)地描繪出單向電功率表的電壓、電流特性曲線，進(jìn)而算出其有功功率、無(wú)功功率、視在功率等特性參數(shù)，使得各類功率校正更準(zhǔn)確。


圖1是本發(fā)明電功率表相位檢測(cè)控制系統(tǒng)原理框圖。圖2是本發(fā)明電壓、電流、相位差轉(zhuǎn)換波形圖。圖中1、微控制器；2、電壓波形發(fā)生器；3、電流波形發(fā)生器；4、有源晶振；5、 電壓功率驅(qū)動(dòng)器；6、電流功率驅(qū)動(dòng)器；7、被測(cè)電功率表；8、鑒相器。管腳說(shuō)明0SC 晶振驅(qū)動(dòng)；I/O 輸入/輸出口； CCI 微控制器捕捉端口 ； SPI 通用串行總線；SINA:電壓波形輸出；SINB:電流波形輸出；V:電壓輸出；I:電流輸出；Q 電流相對(duì)與電壓相位超前/滯后；C 相位差。
具體實(shí)施例方式根據(jù)附圖1，本發(fā)明采用微控制器1作為主控制器，通過(guò)SPI總線驅(qū)動(dòng)電壓波形發(fā)生器2和電流波形發(fā)生器3輸出同頻率的兩路正弦波信號(hào)。通過(guò)各自的電壓功率驅(qū)動(dòng)器5、 電流功率驅(qū)動(dòng)器6，輸出電壓信號(hào)V和電流信號(hào)I給被測(cè)電功率表7。同時(shí)V和I還饋入鑒相器8，鑒相器8輸出一個(gè)電平信號(hào)Q到微控制器1的I/O端口，其中的高低電平分別表示電流信號(hào)相對(duì)于電壓信號(hào)的相位超前/滯后。鑒相器輸出的另一個(gè)脈沖信號(hào)C表示電壓電流相位差，將其輸出到微控制器1的CCI端口。微控制器1設(shè)置CCI端口為上下沿均捕捉模式。根據(jù)附圖2，其左邊是電流信號(hào)I滯后電壓信號(hào)V的波形，Q輸出高電平；右邊是電流信號(hào)I超前電壓信號(hào)V的波形，Q輸出低電平。無(wú)論電流I超前或滯后，鑒相器8的C端都輸出一個(gè)與相位差相應(yīng)的脈寬信號(hào)。這個(gè)脈寬信號(hào)C的上升沿通過(guò)CCI端口觸發(fā)微控制器內(nèi)的捕捉寄存器記錄下此時(shí)的16Bit計(jì)數(shù)器值C1，其下降沿再觸發(fā)捕捉寄存器記錄下此時(shí)的計(jì)數(shù)器值c2，兩者相減，即可得到計(jì)數(shù)器在相位差脈寬C期間的計(jì)數(shù)值c = C1- C20將計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率分頻設(shè)置為微控制器的時(shí)鐘頻率的l/n(n=l，2，4，8)，由于微控制器的時(shí)鐘頻率與兩個(gè)DDS的時(shí)鐘頻率同為一個(gè)有源晶振4提供，即有微控制器的計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率fc為DDS的時(shí)鐘頻率fs的1/n，即 fc = fs / η
而DDS輸出的電壓/電流正弦波頻率與其時(shí)鐘頻率的關(guān)系為 fo = fsXFTW+248
其中FTW =DDS輸出頻率控制字，當(dāng)FTW固定時(shí)，f0與fs成正比。即有DDS時(shí)鐘的一個(gè)脈沖相當(dāng)于輸出正弦波的相位角度值(單位為度) a = (foX360) + fs 將fc = fs / η代入上式，即有 fc = (foX360) Xn + a
將計(jì)數(shù)值乘以計(jì)數(shù)頻率，就可得到相位差C的脈寬值Tc，單位是度。即有 Tc = fcXc
上述方法中之所以設(shè)置計(jì)數(shù)頻率的分頻比，是考慮到微控制器和DDS的時(shí)鐘頻率fs為 20MHz數(shù)量級(jí)，而計(jì)數(shù)器只有16bit，當(dāng)輸出頻率fo較低，且相位差值較大時(shí)，計(jì)數(shù)器會(huì)溢出。故可以根據(jù)輸出頻率fo的高低，設(shè)置分頻比η (η=1，2，4，8)。本發(fā)明具體實(shí)施方式
中采用的微控制器為美國(guó)德克薩斯儀器公司(Texas Instruments)生產(chǎn)的型號(hào)為MSP430F419微控制器、電壓波形發(fā)生器(DDS)和電流波形發(fā)生器(DDS)為美國(guó)模擬器件公司(Analog Devices)生產(chǎn)的型號(hào)為AD99M的DDS、有源晶振為日本電波公司(Nihon Dempa Kogyo)生產(chǎn)的型號(hào)為NDK7711AC的有源晶振；其余均為通用
市售產(chǎn)品。本發(fā)明利用了 DDS和微控制器的時(shí)鐘頻率與輸出頻率及計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)頻率的相關(guān)性，以及DDS的移頻特性，簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)了電流相對(duì)于電壓的相位檢測(cè)及移相控制。相比相位脈寬低通濾波再模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法，具有沒(méi)有轉(zhuǎn)換誤差、精度高，方法簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。采用同樣的原理，若采用多個(gè)DDS器件及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器和鑒相器，本發(fā)明的方法可以檢定三相電功率表。
權(quán)利要求
1.一種電功率表相位檢測(cè)控制系統(tǒng)，其特征在于包括微控制器、有源晶振、電壓波形發(fā)生器、電流波形發(fā)生器、電壓功率驅(qū)動(dòng)器、電流功率驅(qū)動(dòng)器、鑒相器和被測(cè)電功率表組成相位檢測(cè)控制系統(tǒng)；由有源晶振輸出時(shí)鐘同步驅(qū)動(dòng)微控制器和電壓波形發(fā)生器、電流波形發(fā)生器，由微控制器分別控制電壓電流波形發(fā)生器輸出同步頻率的正弦波，經(jīng)電壓功率驅(qū)動(dòng)器和電流功率驅(qū)動(dòng)器分別啟動(dòng)被測(cè)電功率表的電壓、電流輸入端，同時(shí)電壓、電流正弦波饋入鑒相器，鑒相器輸出一個(gè)電平信號(hào)Q到微控制器的I/O輸入/輸出端口，鑒相器的另一個(gè)輸出信號(hào)C表示電壓、電流相位差，將其輸出到微控制器的CCI端口，微控制器設(shè)置CCI 端口為上下沿均捕捉模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電功率表相位檢測(cè)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的微控制器記錄相位差信號(hào)的上下沿之間捕捉到的計(jì)數(shù)值，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率與微控制器的時(shí)鐘頻率成正比；由于電壓波形發(fā)生器、電流波形發(fā)生器輸出的正弦波頻率與電壓波形發(fā)生器、電流波形發(fā)生器的時(shí)鐘頻率成正比，且電壓波形發(fā)生器、電流波形發(fā)生器的時(shí)鐘頻率與微控制器的時(shí)鐘頻率采用同一有源晶振的時(shí)鐘源，故計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率與電壓波形發(fā)生器、電流波形發(fā)生器輸出的正弦波頻率成正比；將計(jì)數(shù)值乘以計(jì)數(shù)頻率再乘以比例因子，得到電壓電流信號(hào)的相位差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電功率表相位檢測(cè)控制系統(tǒng)，其特征在于微控制器根據(jù)由鑒相器檢測(cè)到得的電壓電流相位差信號(hào)，控制電壓波形發(fā)生器、電流波形發(fā)生器對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行連續(xù)移相，調(diào)節(jié)精度達(dá)0.0219°，從而達(dá)到詳細(xì)檢測(cè)電功率表電壓電流有功功率、 無(wú)功功率、視在功率特性的目的。
全文摘要
本發(fā)明為一種電功率表相位檢測(cè)控制系統(tǒng)，其特征在于包括微控制器、有源晶振、電壓波形發(fā)生器、電流波形發(fā)生器、電壓功率驅(qū)動(dòng)器、電流功率驅(qū)動(dòng)器、鑒相器和被測(cè)電功率表組成相位檢測(cè)控制系統(tǒng)；由有源晶振輸出時(shí)鐘同步驅(qū)動(dòng)微控制器和電壓波形發(fā)生器、電流波形發(fā)生器，由微控制器分別控制電壓電流波形發(fā)生器輸出同步頻率的正弦波，經(jīng)電壓功率驅(qū)動(dòng)器和電流功率驅(qū)動(dòng)器分別啟動(dòng)被測(cè)電功率表的電壓、電流輸入端，同時(shí)電壓、電流正弦波饋入鑒相器，鑒相器輸出一個(gè)電平信號(hào)Q到微控制器的I/O輸入/輸出端口，鑒相器的另一個(gè)輸出信號(hào)C表示電壓、電流相位差，將其輸出到微控制器的CCI端口。本發(fā)明能詳細(xì)地描繪出電功率表的電壓、電流特性曲線。
文檔編號(hào)G01R35/04GK102426346SQ20111031794
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者李晨, 滕華強(qiáng), 王俊, 郭佳偉, 鐘小濱, 韓之文 申請(qǐng)人:上海儀器儀表研究所