專利名稱：多路功率因數(shù)、周波測量聯(lián)機系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是測量電力系統(tǒng)的功率因數(shù)和周波的聯(lián)機系統(tǒng)。它涉及電子技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)及電力系統(tǒng)中的監(jiān)測裝置。
電力系統(tǒng)中傳統(tǒng)的測量方法利用電磁原理。一般是通過互感器接至相應(yīng)的測量儀表。在應(yīng)用計算機的情況下，一般是在互感器下接入相應(yīng)的變送器，轉(zhuǎn)為標(biāo)準信號。再通過A/D轉(zhuǎn)換進入計算機，從而實現(xiàn)計算機對電力系統(tǒng)的監(jiān)測(見圖一)。這種測量方法只不過是對傳統(tǒng)方法的改造或補充，它存在下面兩個主要缺點①需配備一個龐大的盤面及變送器柜;②要用大量的功率因數(shù)變換器，成本高，且精度低。
本發(fā)明的目的旨在簡化測量系統(tǒng)設(shè)備，降低測量系統(tǒng)成本，提高測量精度，并且同時進行多路測量。
本發(fā)明統(tǒng)籌電力系統(tǒng)中的二次儀表和當(dāng)今計算機技術(shù)，直接與現(xiàn)場的交流互感器輸出端連接。通過電路系統(tǒng)對其電壓、電流間的相位差進行計量，而后經(jīng)CPU處理得出功率因數(shù)和電網(wǎng)周波。圖二為本發(fā)明系統(tǒng)的框圖。
在單相電源中，功率因數(shù)＝COSφ，式中φ為被測回路中的電壓矢量與電流矢量之間的夾角，而φ在-90°和+90°之間內(nèi)有意義。由本發(fā)明測量原理框圖(圖三)可知，現(xiàn)場被測電壓和電流信號經(jīng)電壓互感器和電流互感器輸出后經(jīng)隔離元件(主要目的是提高系統(tǒng)的安全可靠性)分別進入各自的過零開關(guān)。兩個過零開關(guān)輸出脈沖信號的前沿的時間差即代表電壓和電流信號之間的相位差φ。用這兩個脈沖前沿去控制一個計數(shù)門。對一已知時鐘φ用計數(shù)進行計數(shù)，則計數(shù)器的內(nèi)容在完成一個計數(shù)周期后也是電壓和電流的相位差的函數(shù)。最后將計數(shù)器的內(nèi)容送至CPU進行處理。計算后則得出被測電路的功率因數(shù)COSφ值。其關(guān)系式為電流滯后電壓時(見圖四a)φ =2 π ·n ·f2f1]]>電壓滯后電流時(見圖四b)φ =2 π ( f1-n ·f2)f1]]>式中φU與I之間的相位差角;
f1經(jīng)計數(shù)門至計數(shù)器進行的時鐘φ的頻率。單位為HZ;
f2被測電路的周波，單位為HZ;
n經(jīng)計數(shù)門對時鐘φ進行一次計數(shù)后計數(shù)器的計數(shù)值;
π＝180°;
例設(shè)f1＝3MHZ，f2＝50HZ，n為3000，代入上式可得18°時功率因數(shù)為COSφ＝COS18°＝0.9510。
與上述方法類似，若只用電壓或是電流信號經(jīng)過零開關(guān)輸出的脈沖控制門計數(shù)。則被測電路在一個周期經(jīng)過零開關(guān)才能給出兩個脈沖(一個開門、一個關(guān)門)，故在完成一個計數(shù)周期后，計數(shù)器的內(nèi)容即是電路周波的函數(shù)，再經(jīng)CPU處理后即得被測電路的周波數(shù)。其關(guān)系式為測量周波時(見圖四c)T= (n)/(f1) 或f2= 1/(T) = (f1)/(n)式中T為被測電路的周期時間，單位為秒。
圖五為本發(fā)明系統(tǒng)的電原理框圖。圖六為時序圖。其測量原理設(shè)在某一時刻由CPU選中第N路進行測量，被測電路的電壓和電流信號經(jīng)隔離元件，電壓和電流的過零開關(guān)和2×n路選擇開關(guān)輸出的波形如(六)中(1)(2)所示。當(dāng)CPU通過接口電路發(fā)出清零信號后將計數(shù)器清零。將狀態(tài)位復(fù)位(置“1”，將啟動位置位(置“1”)，同時在清零脈沖撤消前將同步器鎖住。時序見圖中(3)(4)(5)。當(dāng)清零脈沖過后，系統(tǒng)即已被啟動。由于啟動位被置位，當(dāng)電壓和電流過零信號都為高時同步器發(fā)出同步脈沖將允許位置位(置零)。允許開關(guān)由于允許位置位而被接通。同時允許位的輸出使啟動位復(fù)位(此時已完成啟動過程)。這樣電壓和電流過零信號的下降沿將分別觸發(fā)單穩(wěn)1和單穩(wěn)2。單穩(wěn)1的輸清脈沖做為開門信號，單穩(wěn)2的輸出脈沖做為關(guān)門信號。它們控制計數(shù)門的開啟時間(見圖六中的(6)～(10))，在計數(shù)門開啟時間內(nèi)系統(tǒng)中的時鐘進入計數(shù)器進行計數(shù)。當(dāng)計數(shù)門關(guān)閉時其后沿將允許位復(fù)位(置1)(以關(guān)斷允許開關(guān)以在CPU讀數(shù)期間或是處理期間不使計數(shù)門再開啟以保留計數(shù)器中之內(nèi)容)。同時再將狀態(tài)位置位(置零)。此時CPU可用查詢方式查狀整位，或是由中斷信號生成器通過接口電路向CPU發(fā)出中斷。這兩種方式都可使CPU進行響應(yīng)。在CPU讀數(shù)后處理即得COSφ值，至此完成一個測量過程。如要繼續(xù)測量可再重復(fù)上述過程，當(dāng)測量周期時，通過相位，周波選擇器選擇同一信號的兩次過零點的下降沿做開門和關(guān)門信號即可。
本發(fā)明的電原理圖見圖七(圖中不包括CPU部分)，圖中8255的口功能見圖八，圖九為本發(fā)明的軟件流程圖(查詢方式)。
本發(fā)明大大地簡化了電力系統(tǒng)中測量系統(tǒng)設(shè)備，實現(xiàn)了同時進行多路測量，因此大大降低了系統(tǒng)成本，提高了測量精度，具有廣泛的經(jīng)濟性和適用性。


圖一現(xiàn)有技術(shù)測量聯(lián)機系統(tǒng)框圖。
圖二本發(fā)明測量聯(lián)機系統(tǒng)框圖。
圖三本發(fā)明測量原理框圖。
圖四(a)為測功率因數(shù)時，電流滯后電壓時的測量波形。
圖四(b)為測量功率因數(shù)時，電壓滯后電流時的測量波形。
圖四(c)為測量周波時的測量波形。
圖五本發(fā)明電原理框圖。圖中“1”為隔離元件，“2”為過零開關(guān)?！癠”為電壓過零信號輸出端，“I”為電流信號輸出端，序號(1)～(11)見圖六(a)或(b)。
圖六(a)為本發(fā)明系統(tǒng)的主要點的時序圖(電流滯后電壓時)。
圖六(b)本發(fā)明系統(tǒng)的主要點的時序圖(電流滯后電流時)。
實施例圖七(a)(b)為本發(fā)明系統(tǒng)電原理圖(不包括CPU部分)本圖與圖五對照如下圖七(a)(b)圖五B0、B0′～B15、B15′ 隔離元件CR0～CR31 過零開關(guān)CC0～CC， 2xn路選擇開關(guān)IC1相位周波選擇，允許開關(guān)IC2單穩(wěn) 2IC3單穩(wěn) 1IC4計數(shù)門控制IC5單穩(wěn)IC6同步器IC7允許位IC8啟動位IC9狀態(tài)位IC10中斷信號發(fā)生器IC11計數(shù)門和時鐘IC12接口電路IC13地址譯碼器
IC14譯碼分配器IC15譯碼分配器IC16、IC17選讀開關(guān)IC18-IC2116位二進制計數(shù)器J2為擴展路數(shù)的通道地址線，J1為接擴展路數(shù)2xn路選擇開關(guān)的輸出線。
圖八8225的口功能衰，用查詢方式時置8255為方式“0”，用中斷方式時置8255為方式“1”。
圖九本發(fā)明軟件流程圖。
權(quán)利要求
1.一種用于電力系統(tǒng)中的多路功率因數(shù)、周波測量聯(lián)機系統(tǒng)，其特征在于統(tǒng)籌電力系統(tǒng)中的二次儀表和當(dāng)今計數(shù)機技術(shù)，直接與現(xiàn)場的交流互感器輸出端連接，通過電路系統(tǒng)對其電壓、電流間的相位差進行計量，而后經(jīng)CPU處理得出功率因數(shù)和電網(wǎng)周波。
2.權(quán)利要求1所述的多路功率因數(shù)、周波測量聯(lián)機系統(tǒng)，其特征在于采用圖三所示測量原理框圖，現(xiàn)場被測電壓和電流信號經(jīng)電壓互感器和電流互感器輸出后經(jīng)隔離元件分別進入各自的過零開關(guān)，兩個過零開關(guān)輸出脈沖信號的前沿的時間差即代表電壓和電流信號之間的相位差，用這兩個脈沖前沿去控制一個計數(shù)門，對一已知時鐘φ用計數(shù)器進行計數(shù)，計數(shù)器的內(nèi)容在完成一個計數(shù)周期后也是電壓和電流的相位差的函數(shù)，最后將計數(shù)器的內(nèi)容送至CUP進行處理，計算后測得出被測電路的功率因數(shù)COSφ值。
3.權(quán)利要求1所述的多路功率因數(shù)、周波測量聯(lián)機系統(tǒng)，其特征在于所述的電路系統(tǒng)采用圖五的電原理框圖，其具體聯(lián)接為現(xiàn)場的被測電壓和電流信號( )經(jīng)隔離原件“1”和過零開關(guān)“2”均輸出至“Z×n路多路選擇開關(guān)”，而“CPU”通過“接口電路”、“譯碼分配器”控制“Z×n路多路開關(guān)”，選擇某一路的電壓和電流信號( )分別送至“同步器”和“相位、周波選擇器”的輸入端，而“相位，周波選擇器”由“電口電路”的輸出控制而選擇進行相位還是周波測量，其輸出送至“允許開關(guān)”，當(dāng)“允許位”發(fā)出的允許脈沖送至“允許開關(guān)”時“允許開關(guān)”則將電壓電流( )的過零信號分別送至“單穩(wěn)1”、“單穩(wěn)2”，經(jīng)它們整形后輸出至“計數(shù)門控制”“計數(shù)控制門”的輸出接至“計數(shù)門”控制“16位二進制計數(shù)器”通過“計數(shù)門”而對“時鐘”進行計數(shù)，其計數(shù)器的內(nèi)容受“接口電路”控制而通過“選讀開關(guān)”，“接口電路”而進入“CPU”，“接口電路”的輸出還接至“同步器”，“啟動位”“狀態(tài)位”、“16進制計數(shù)器”，以完成整個系統(tǒng)“清零”和“啟動”之作用，而“同步器”的輸出和“計數(shù)門控制”的輸出經(jīng)“單穩(wěn)”均接至“允許位”，“允許位”的輸出除控制“允許開關(guān)”外還接至“啟動位”，而“啟動位”的輸出則接至“同步器”以完成“互鎖”作用，另外“計數(shù)門控制”的輸出經(jīng)“單穩(wěn)”還輸出至“狀態(tài)位”而控制其狀態(tài)?！盃顟B(tài)位”的輸出一路直接送至“接口電路”，另一路經(jīng)“中斷信號生成器”再送至“接口電路”以滿足不同的需要，而“CPU”和計算機經(jīng)“總線”接至“地址譯碼”，其輸出至“接口電路”以控制其是否謊⊥?。当选通后“接吭懢溬E幣嗤ü白芟摺庇爰撲慊頡癈PU”聯(lián)接以進行信息交換，使整個系統(tǒng)正常工作。
全文摘要
本發(fā)明是用于電力系統(tǒng)中的一種多路功率因數(shù)、周波測量聯(lián)機系統(tǒng)。該系統(tǒng)統(tǒng)籌電力系統(tǒng)中的二次儀表和當(dāng)今計算機技術(shù)，直接與現(xiàn)場的交流互感器輸出端連接，通過專門電路對其電壓、電流間的相位差進行計量，而后經(jīng)CPU處理得出功率因數(shù)和電網(wǎng)周波。簡化了測量系統(tǒng)設(shè)備，可同進行多路測量，因此降低了系統(tǒng)成本，提高了測量精度，具有廣泛的經(jīng)濟性和適用性。
文檔編號G01R23/02GK1033111SQ87107560
公開日1989年5月24日 申請日期1987年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1987年11月7日
發(fā)明者續(xù)競生, 宋鐵弼, 任景田, 呂海鷗, 童黎明, 趙學(xué)英, 李希方 申請人:天津市計算機應(yīng)用技術(shù)研究所