CN110018347A - 一种新型变压器相位差测量系统及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型变压器相位差测量系统及其测量方法，包括信号采样电路、信号调理电路、A/D转换器、单片机和LCD显示模块，单片机连接着LCD显示模块，信号调理电路包括二阶有源低通滤波电路和乘法测量电路，信号采样电路连接着二阶有源低通滤波电路，二阶有源低通滤波电路连接着乘法测量电路乘法测量电路通过A/D转换器连接着单片机的存储模块。本发明利用单片机发出的基准正弦信号作为基准信号，通过分别独立测量出变压器两侧和基准正弦信号的相位差，来计算获得变压器的相位差，从而在确保测量精度的情况下，消除了变压器的体积形状对于测量接线的限制，大幅降低了测量复杂性，并且保证了测量稳定性。

Description

一种新型变压器相位差测量系统及其测量方法

技术领域

本发明涉及电子测量技术领域，具体涉及一种新型变压器相位差测量系统及其测量方法。

背景技术

传统的的测量相位差需取变压器两侧的信号同时接通到测量仪器上进行测量，这种接线方式受变压器的体积形状限制，当变压器初级和次级侧相距非常远时，需铺设非常长导线同时连到测量仪上，这样不但使得测量受到了很大的局限性，加大了测量的复杂性，而且测量效果也因此存在不稳定性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种新型变压器相位差测量系统及其测量方法，消除了变压器的体积形状对于测量接线的限制，大幅降低了测量复杂性，并且保证了测量稳定性。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种新型变压器相位差测量系统，包括信号采样电路、信号调理电路、A/D转换器、单片机和LCD显示模块，所述单片机连接着LCD显示模块，所述信号调理电路包括二阶有源低通滤波电路和乘法测量电路，所述信号采样电路连接着二阶有源低通滤波电路，所述二阶有源低通滤波电路连接着乘法测量电路，所述单片机连接着乘法测量电路用于将其产生的基准正弦信号输入到乘法测量电路，所述乘法测量电路用于计算出变压器单侧信号与基准正弦信号的相位差，所述乘法测量电路通过A/D转换器连接着单片机的存储模块。

进一步的，所述信号采样电路包括高速运放器、变压器和电容C8。

进一步的，所述二阶有源低通滤波电路包括运算放大器、电容C14、电容C13以及电阻R9、R10、R11和R12。

进一步的，所述乘法测量电路包括模拟乘法器和电容C9～C12。

一种新型变压器相位差测量系统的测量方法，包括如下步骤：

S1：首先将变压器的一侧测量端连接上信号采样电路，信号采样电路将电压信号经过变压器降压之后，再经过高速运放器采集相位信号；

S2：采集到的相位信号经过二阶有源低通滤波电路滤除干扰信号后进入到乘法测量电路，同时，单片机向乘法测量电路输入基准正弦信号，通过乘法测量电路计算出变压器单侧信号与基准正弦信号的相位差；

S3：步骤S2中得到的相位差通过A/D转换器转换成数字信号读入到单片机的存储区域；

S4：将变压器的另外一侧测量端连接上信号采样电路，重复步骤S1～S3，得到变压器另外一侧和基准正弦信号的相位差；

S5：根据两次测得的相位差，通过乘法测量电路计算出变压器的相位差，并且通过单片机将变压器的相位差显示在LCD显示模块上。

有益效果：本发明与现有技术相比，利用单片机发出的基准正弦信号作为基准信号，通过分别独立测量出变压器两侧和基准正弦信号的相位差，来计算获得变压器的相位差，从而在确保测量精度的情况下，消除了变压器的体积形状对于测量接线的限制，大幅降低了测量复杂性，并且保证了测量稳定性。

附图说明

图1为本发明系统的结构连接示意图；

图2为信号采样电路的示意图；

图3为乘法测量电路的示意图；

图4为二阶有源低通滤波电路的示意图；

图5为单片机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

如图1所示，本发明提供一种新型变压器相位差测量系统，包括信号采样电路、信号调理电路、A/D转换器、单片机、LCD显示模块和电源模块，单片机连接着LCD显示模块，信号调理电路包括二阶有源低通滤波电路和乘法测量电路，信号采样电路连接着二阶有源低通滤波电路，二阶有源低通滤波电路连接着乘法测量电路，单片机连接着乘法测量电路用于将其产生的基准正弦信号输入到乘法测量电路，乘法测量电路用于计算出变压器单侧信号与基准正弦信号的相位差，乘法测量电路通过A/D转换器连接着单片机的存储模块。

如图2所示，信号采样电路包括高速运放器、变压器U2和电容C8，变压器U2分别通过R6和R4连接着高速运放器的正极端3和负极端2，高速运放器的输出端1通过R8连接着VDC，电容C8用于连接GND。

乘法测量电路包括模拟乘法器AD835和电容C9～C12，AD835分为X1、X2、Y1、Y2、Z、VP、W、VN共八个引脚，其中W连接着A/D转换器AD835，其具体的连接关系如图3所示。

如图4所示，二阶有源低通滤波电路包括运算放大器、电容C14、电容C13以及电阻R9、R10、R11和R12，运算放大器的正极端3通过R11和R12连接着V1，负极端2通过R9连接GND，且通过R10连接运算放大器的输出端1，电容C14和电容C13一端与正极端3相连，电容C13的另一端连接GND，电容C14的另一端连接运算放大器的输出端1，运算放大器通过这些电容和电阻的设置来设置截止频率。

如图5所示，本实施例中单片机采用STM32F411贴片式主控芯片，包括电源部分，晶振电路和复位电路，其中3.3V的电源由电源模块供给，复位电路3.3V的电源接到开关S3一端，S3另一端接R3的一端，R3的另一端接地。单片机的3和4号管脚分别接在晶振Y1的两端，同时Y1的另外两端分别接在C4和C5的一端。单片机的5和6号管脚分别接在晶振Y2的两端，同时Y2的另外两端分别接在C6和C7的一端。晶振电路的Y1、C4、C5和地(DGND)构成低速时钟，晶振电路的C6和C7和地(DGND)构成高速时钟。

本实施例中应用上述新型变压器相位差测量系统对变压器进行相位测量，其具体测量过程如下：

S1：首先将变压器的一侧测量端连接上信号采样电路，信号采样电路将电压信号经过变压器降压之后，再经过高速运放器采集相位信号；

S2：采集到的相位信号经过二阶有源低通滤波电路滤除干扰信号后进入到乘法测量电路，同时，STM32F411贴片式主控芯片向乘法测量电路输入基准正弦信号，乘法测量电路是将采集来的电压信号与，STM32F411贴片式主控芯片内部产生的基准正弦信号先分别经过C9和C10滤波，滤除直流分量与高频干扰，再将信号接到乘法器的X1、Y1引脚，乘法器的X2、Y2与Z引脚接地，W引脚输出相乘之后的信号，再通过低通滤波器滤除交流信号，同时将STM32F411贴片式主控芯片产生的那路正弦信号分流经过+90度移相电路之后，再与采集来的电压信号经过一次乘法器，滤除交流信号后通过AD835采集到变压器信号与基准正弦信号的相位差；

S3：步骤S2中得到的相位差通过AD835转换成数字信号读入到STM32F411贴片式主控芯片的存储区域；

S4：将变压器的另外一侧测量端连接上信号采样电路，重复步骤S1～S3，得到变压器另外一侧和基准正弦信号的相位差；

S5：根据两次测得的相位差，计算出变压器的相位差，并且通过单片机将变压器的相位差显示在LCD显示模块上，完成了对于变压器的相位差测量。

Claims (5)

1.一种新型变压器相位差测量系统，其特征在于：包括信号采样电路、信号调理电路、A/D转换器、单片机和LCD显示模块，所述单片机连接着LCD显示模块，所述信号调理电路包括二阶有源低通滤波电路和乘法测量电路，所述信号采样电路连接着二阶有源低通滤波电路，所述二阶有源低通滤波电路连接着乘法测量电路，所述单片机连接着乘法测量电路用于将其产生的基准正弦信号输入到乘法测量电路，所述乘法测量电路用于计算出变压器单侧信号与基准正弦信号的相位差，所述乘法测量电路通过A/D转换器连接着单片机的存储模块。

2.根据权利要求1所述的一种新型变压器相位差测量系统，其特征在于：所述信号采样电路包括高速运放器、变压器和电容C8。

3.根据权利要求1所述的一种新型变压器相位差测量系统，其特征在于：所述二阶有源低通滤波电路包括运算放大器、电容C14、电容C13以及电阻R9、R10、R11和R12。

4.根据权利要求1所述的一种新型变压器相位差测量系统，其特征在于：所述乘法测量电路包括模拟乘法器和电容C9～C12。

5.根据权利要求1所述的一种新型变压器相位差测量系统的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：首先将变压器的一侧测量端连接上信号采样电路，信号采样电路将电压信号经过变压器降压之后，再经过高速运放器采集相位信号；

S2：采集到的相位信号经过二阶有源低通滤波电路滤除干扰信号后进入到乘法测量电路，同时，单片机向乘法测量电路输入基准正弦信号，通过乘法测量电路计算出变压器单侧信号与基准正弦信号的相位差；

S3：步骤S2中得到的相位差通过A/D转换器转换成数字信号读入到单片机的存储区域；

S4：将变压器的另外一侧测量端连接上信号采样电路，重复步骤S1～S3，得到变压器另外一侧和基准正弦信号的相位差；

S5：根据两次测得的相位差，通过乘法测量电路计算出变压器的相位差，并且通过单片机将变压器的相位差显示在LCD显示模块上。