一種高精度工頻微差源，其組成和連接關(guān)系為：watchdog、SDRAM、FLASH分別通過數(shù)據(jù)總線與主控芯片連接，主控芯片輸出經(jīng)16BitDAC分為兩路：一路經(jīng)第一前置放大后直接輸出V3，V4，為電壓回路UP和UX的啟動信號,另一路經(jīng)數(shù)字隔離后再經(jīng)第二前置放大后輸出V1，V2，為電流回路IP和IX的啟動信號；VREFDAC給16BitDAC提供參考電壓；RS232通訊單元經(jīng)光電隔離后與主控芯片Blackfin531連接。本發(fā)明專利技術(shù)輸出采用全數(shù)字波形擬合技術(shù)，輸出波形的幅度和相位可單獨通過軟件控制調(diào)節(jié)，輸出精度高，調(diào)節(jié)自動化程度高，標(biāo)準(zhǔn)回路與差值回路采用數(shù)字隔離方式，使輸出的信號能任意疊加。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種用于對傳統(tǒng)互感器校驗儀的精度進(jìn)行測試的高精度工頻微差源。技術(shù)背景為了保證電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運行，必須對電力設(shè)備的運行情況進(jìn)行監(jiān)控。但一般 的測量和保護(hù)裝置不能直接接入一次高壓側(cè)，而需要將一次系統(tǒng)的高電壓和大電流信號轉(zhuǎn) 換為便于二次設(shè)備測量的低電壓和小電流信號，這個轉(zhuǎn)換過程主要是通過電力互感器來完 成的。通常我們對電量的計量都是通過檢測電力互感器二次側(cè)的電壓、電流實現(xiàn)。電力互 感器的準(zhǔn)確度直接影響二次側(cè)的計量準(zhǔn)確性。因此，對于電力互感器，我們需要檢測其比值 誤差和相位誤差。根據(jù)國家計量檢定規(guī)程，檢定方法主要為差值法，主要是比對標(biāo)準(zhǔn)互感器 與被檢互感器的比值誤差與相位誤差。測試手段是使用互感器校驗儀測量誤差。所以互感 器校驗儀的準(zhǔn)確度，直接影響互感器的檢定結(jié)果。因此，在計量法實施細(xì)則中，互感器校驗 儀也被列入接受強(qiáng)制管理的計量器具目錄，必須對其進(jìn)行周期檢定。對于互感器校驗儀的 檢定方式，規(guī)程是有明確規(guī)定的，具體實現(xiàn)方法是互感器校驗儀檢定裝置輸出已知幅值差 和相位差的兩個電流或電壓信號，輸出到被檢校驗儀的兩對測量端子上，被檢校驗儀的測 量結(jié)果與互感器校驗儀檢定裝置的輸出值之間的差值，即為它的測量誤差。現(xiàn)有的檢定裝置主要是通過比率電源型檢定裝置來實現(xiàn)的，比率電源型的檢定裝 置主要是由市電接入，然后通過一個諧振濾波器，再經(jīng)過一個調(diào)壓變換器形成一路工作電 壓UP，一路工作電流Ip ;差值信號Ux和Ix主要是通過取樣互感器變換而來，取樣互感器的 一次側(cè)接入的是Up和Ip信號，Ux與Ix的比例調(diào)節(jié)是通過變換取樣互感器的二次側(cè)的抽頭 來實現(xiàn)不同比例的輸出，相位的調(diào)節(jié)主要是通過連接一些電容、電感器件來移相調(diào)整。此種 方法實現(xiàn)的工頻比例電源的輸出調(diào)節(jié)精度較低，調(diào)節(jié)起來是通過控制很多個轉(zhuǎn)盤旋鈕來手 動實現(xiàn)，調(diào)節(jié)比較復(fù)雜，自動化程度不高。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種高精度工頻微差源，輸出采用全數(shù)字 波形擬合技術(shù)，輸出精度高，輸出波形的幅度和相位可單獨通過軟件控制調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)自動化 程度高且簡單易行，標(biāo)準(zhǔn)回路與差值回路采用數(shù)字隔離方式，使輸出的信號能任意疊加。解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案是一種高精度工頻微差源，包括信號發(fā)生模塊和功率放大模塊，其特征在于所述的信號發(fā)生模塊包括主控芯片Blackfin531、看門狗電路(watchdog)、同步 動態(tài)隨機(jī)存儲器(SDRAM)、閃存單元(FLASH)、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元(16位DAC)、參考數(shù)模轉(zhuǎn)換單元 (VREFDAC)、光電隔離器、RS232通訊單元、數(shù)字隔離單元和第一、第二前置放大，還有供電電 源AC-DC模塊給信號發(fā)生模塊內(nèi)部的所有芯片提供工作電源，以及DC-DC模塊提供通訊電 源；所述的watchdog、SDRAM、FLASH分別通過數(shù)據(jù)總線與主控芯片Blackf in531連接，所述的主控芯片Blackf in531的輸出經(jīng)16BUDAC后分為兩路輸出一路經(jīng)第一前 置放大后直接輸出V3，V4,另一路經(jīng)數(shù)字隔離后再經(jīng)第二前置放大后輸出VI，V2，VI，V2與 V3, V4不共地；V1和V3為所述的功率放大模塊的電壓放大模塊的啟動信號，V2和V4為所 述的功率放大模塊的電流放大模塊的啟動信號；所述的前置放大組成和連接關(guān)系為DAC的輸出經(jīng)過一個電阻RQl輸入到運放UB 的反相輸入端，運放的正相輸入端接地，在運放UB的反相輸入端和輸出端之間，并聯(lián)有橋 臂電阻RQ2和補(bǔ)償電容CQ，RQ2與RQl組成放大電路，最終的輸出V為輸入的RQ2/RQ1倍， CQ用于補(bǔ)償電路中的相移； 所述的VREFDAC給16BUDAC提供參考電壓；所述的RS232通訊單元經(jīng)光電隔離后與主控芯片Blackfin531連接。所述的功率放大模塊包括電壓放大模塊和電流放大模塊；所述的電壓放大模塊包括第一差分運放器、第一至第四電阻R1/R2/R3/R4、第一 電容C、第一功放U1、第一運放U2和第一變壓器Tl ；第一差分運放的輸入為主控芯片Blackfin531的輸出電壓Vl或V3、輸出至第一電 阻；第一功放Ul的同相輸入端輸入第一電阻的輸出；變壓器初級的一端接第一功放Ul的輸出、另一端接地，變壓器次級為最終電壓輸 出端；第二電阻兩端分別連接在第一功放Ul的同相輸入端和變壓器次級輸出端之間；第一功放Ul的反相輸入端和輸出端之間并聯(lián)有第一電容C、第三電阻R3,以及第 一運放U2的輸出端和反相輸入端；第一運放U2的同相輸入端以及輸出端經(jīng)第四電阻R4后都接地。所述的電流放大模塊包括第二差分運放、第五電阻R10、第六電阻R20、第七電阻 R30、第八電阻R40、第九電阻R50、第二電容Cl、第二功放U10、第二運放U20、第三運放U30、 第二變壓器TlO和零磁通互感器T20，第二差分運放的輸入信號為信號發(fā)生模塊主控芯片Blackfin531的輸出電壓V2 或V4、輸出至第五電阻R10;第二功放UlO的同相輸入端輸入第五電阻RlO的輸出；第二變壓器TlO初級的一端接第二功放UlO的輸出、另一端接地；第二功放UlO的反相輸入端和輸出端之間并聯(lián)有第二電容Cl、第七電阻R30，以及 第二運放U20的輸出端和反相輸入端；第二運放U20的同相輸入端以及輸出端經(jīng)第八電阻R40后都接地；第三運放U30的同相和反相輸入端分別接零磁通互感器T20初級線圈的兩端，零 磁通互感器T20的次級線圈的一端接第二變壓器TlO次級線圈的一端；第三運放U30的輸入端經(jīng)第六電阻R20后接第二功放UlO的同相輸入端；第九電阻R50的兩端分別接在第三運放U30的輸出端和反相輸入端之間；第二變壓器TlO次級線圈的另一端和零磁通互感器T20的次級線圈的另一端最終 輸出電流；電壓回路Up和Ux的啟動信號為Vl和V3，電流回路Ip和Ix的啟動信號為V2和V4。主要工作過程所有信號處理和波形擬合部分均由主控芯片Blackf in531處理器完成，watchdog 部分主要用于防止程序跑飛，SDRAM部分用于提供程序運行過程中的數(shù)據(jù)交換場所，通過數(shù)據(jù)總線與Blackfin531互連，F(xiàn)LASH部分用于存放數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)總線與Blackfin531互聯(lián)。Blackfin531擬合出來的波形通過16BUDAC部分變成模擬信號，再通過前置放大部分將模擬信號輸出，VREF部分用于給16BIT的DAC提供參考電壓，Blackfin531與上位機(jī)軟件通訊是通過RS232串口來實現(xiàn)的，通訊部分主要由Blackfin531的兩根信號線發(fā)送 (Tx)與接收(Rx)來完成，發(fā)送與接收信號線通過光電隔離器來實現(xiàn)與外部信號的隔離，保證內(nèi)部電路不受外部的影響。信號發(fā)生模塊輸出的4路電壓信號，其中Vl為標(biāo)準(zhǔn)電壓Up的啟動信號，V3為差值電壓Ux的啟動信號，V2為標(biāo)準(zhǔn)電流Ip的啟動信號，V4為差值電流Ix的啟動信號。電壓放大模塊原理框圖如圖2所示，主要工作過程是信號發(fā)生模塊輸出的信號 Vl或V3經(jīng)過差分運放后，輸出信號更加平滑，失真度更小，再經(jīng)過功放Ul放大，放大倍數(shù)由橋臂電阻Rl，R2決定，Rl和R2選用的是IPPM的高精度電阻，以保證輸出的穩(wěn)定性，功放輸出驅(qū)動電壓變壓器Tl作為最終輸出。由于變壓器對于直流信號是呈現(xiàn)低阻抗的狀態(tài)，但是幾乎所有功放本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種高精度工頻微差源，包括信號發(fā)生模塊和功率放大模塊，其特征在于：所述的信號發(fā)生模塊包括：主控芯片、看門狗電路、同步動態(tài)隨機(jī)存儲器、閃存單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、參考數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、光電隔離器、通訊單元、數(shù)字隔離單元和第一前置放大、第二前置放大，還有供電電源AC?DC模塊給信號發(fā)生模塊內(nèi)部的所有芯片提供工作電源，以及DC?DC模塊提供通訊電源；所述的看門狗電路、同步動態(tài)隨機(jī)存儲器、閃存單元分別通過數(shù)據(jù)總線與主控芯片連接；所述的主控芯片的輸出經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換單元后分為兩路輸出：一路經(jīng)第一前置放大后直接輸出V3，V4，另一路經(jīng)數(shù)字隔離后再經(jīng)第二前置放大后輸出V1，V2，V1，V2與V3，V4不共地；其中，V1和V3為所述的功率放大模塊的電壓放大模塊的啟動信號,V2和V4為所述的功率放大模塊的電流放大模塊的啟動信號；所述的前置放大組成和連接關(guān)系為：DAC的輸出經(jīng)過一個電阻RQ1輸入到運放UB的反相輸入端，運放的正相輸入端接地，在運放UB的反相輸入端和輸出端之間，并聯(lián)有橋臂電阻RQ2和補(bǔ)償電容CQ，RQ2與RQ1組成放大電路，最終的輸出V為輸入的RQ2/RQ1倍，CQ用于補(bǔ)償電路中的相移；所述的參考數(shù)模轉(zhuǎn)換單元給數(shù)模轉(zhuǎn)換單元提供參考電壓；所述的通訊單元經(jīng)光電隔離后與主控芯片連接。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種高精度工頻微差源，包括信號發(fā)生模塊和功率放大模塊，其特征在于所述的信號發(fā)生模塊包括主控芯片、看門狗電路、同步動態(tài)隨機(jī)存儲器、閃存單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、參考數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、光電隔離器、通訊單元、數(shù)字隔離單元和第一前置放大、第二前置放大，還有供電電源AC-DC模塊給信號發(fā)生模塊內(nèi)部的所有芯片提供工作電源，以及DC-DC模塊提供通訊電源；所述的看門狗電路、同步動態(tài)隨機(jī)存儲器、閃存單元分別通過數(shù)據(jù)總線與主控芯片連接;所述的主控芯片的輸出經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換單元后分為兩路輸出一路經(jīng)第一前置放大后直接輸出V3，V4，另一路經(jīng)數(shù)字隔離后再經(jīng)第二前置放大后輸出V1，V2，V1，V2與V3，V4不共地； 其中，Vl和V3為所述的功率放大模塊的電壓放大模塊的啟動信號，V2和V4為所述的功率放大模塊的電流放大模塊的啟動信號；所述的前置放大組成和連接關(guān)系為=DAC的輸出經(jīng)過一個電阻RQl輸入到運放UB的反相輸入端，運放的正相輸入端接地，在運放UB的反相輸入端和輸出端之間，并聯(lián)有橋臂電阻RQ2和補(bǔ)償電容CQ，RQ2與RQl組成放大電路，最終的輸出V為輸入的RQ2/RQ1倍，CQ用于補(bǔ)償電路中的相移；所述的參考數(shù)模轉(zhuǎn)換單元給數(shù)模轉(zhuǎn)換單元提供參考電壓；所述的通訊單元經(jīng)光電隔離后與主控芯片連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度工頻微差源，其特征在于所述的功率放大模塊包括電壓放大模塊和電流放大模塊；所述的電壓放大模塊包括第一差分運放器、第一至第四電阻R1/R2/R3/R4、第一電容 C、第一功放U1、第一運放U2和第一變壓器Tl ；第一差分運放的輸入為主控芯片的輸出電壓Vl或V3、輸出至第一電阻；第一功放Ul的同相輸入端輸入第一...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：潘峰，肖勇，孫衛(wèi)明，趙偉，張永旺，黃建鐘，陳剛，
申請(專利權(quán))人：廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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