CN2611909Y - 基于数字积分实现移相的无功功率测量电路 - Google Patents
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Abstract
一种基于数字积分实现移相的无功功率测量电路，包括设于电流通道的A/D转换器(4)，高通滤波器(2)、设于电压通道的A/D转器(5)，以及将数字电流量与数字电压量相乘的数字乘法器(3)，在所述的A/D转换器(4)与高通滤波器(2)之间还设有一可使电流量移相90°的数字积分移相网络(1)，本实用新型只需在原来求有功功率的电路上加上简单的电路就可以实现测量无功功率的功能，且本实用新型由数字电路实现，抗噪性强，精确度高，且用数字积分方法实现90°移相，与信号频率无关，即使电网频率有所偏移，移相依然能够很好地保持在90°，保证无功功率的精确测量。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电度表无功功率/电能测量电路，尤其涉及一种基于数字积分实现移相的测量无功功率的电路。
背景技术
从无功功率的基本定义公式出发，计算无功功率有两种最基本的方法：一种方法是基于90°移相；另一种方法是基于视在功率和有功功率的计算。在基于视在功率和有功功率的方法中，计算无功功率需要先确定三个量：有功功率、电压有效值、电流有效值--P，U，I，不仅计算复杂，而且精度很难保证。相比之下，基于90°移相的方法只要保证移相的精度就可以得到和有功功率精度相当的无功功率，计算方法和实现结构相对简单。随着移相技术和数字化测量技术的发展，目前人们主要采用基于90°移相的方法来完成无功功率的测量。基于90°移相的无功功率计算方法目前有三种：一种是跨相法，它是采用有功功率表通过改变接线方式实现无功功率的测量。其不足之处在于：跨相法只适用于三相无功功率的测量，而且它是以三相电路的对称为基础而实现的，当电路不对称时将产生很大的原理性误差；第二种是采用模拟移相器的方法实现90°移相，即由一系列电容电阻以及放大器来构成移相网络，这样的电路缺点在于：当信号中心频率(假设为50HZ)有所变化时，相移的准确度会大大降低；第三种是对于数字采样信号，通过寄存器来实现相隔四分之一周期(即90°)的电流信号和电压信号相乘，得到无功功率，这种方法要求采样周期为被测信号周期的恒定整数倍(又称同步采样)，因此需要用到锁相环和许多存储单元电路，比较复杂。
由上述可知，现有测量无功功率的电路均存在产生误差偏大或实现复杂的问题。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种通过数字积分实现输入电流90°移相，从而实现精确测量无功功率的测量电路。
为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案：是以90°移相原理作为理论基础，设计一种基于数字积分实现移相的无功功率测量电路，在原有的测量有功功率的电路即包括设于电流通道的A/D转换器，高通滤波器、设于电压通道的A/D转器，以及将数字电流量与数字电压量相乘的数字乘法器的基础上，在所述的A/D转换器与高通滤波器之间加设一可使电流量移相90°的数字积分移相网络，所述的数字积分移相网络包括数字加法电路及数字延时电路，所述的数字延时电路将信号延迟一个时钟周期，所述的加法器将原信号和延时后的信号相加以完成积分，从而实现无功功率的计算测量。
本实用新型只需在原来求有功功率的电路上加上简单的电路就可以实现测量无功功率的功能，且本实用新型由数字电路实现，抗噪性强，精确度高，且用数字积分方法实现90°移相，与信号频率无关，即使电网频率有所偏移，移相依然能够很好地保持在90°，保证无功功率的精确测量。这种方案既可用在三相电路中，也可用在单相电路中。本实用新型电路实现结构简单、比较易于分析、测量准确度高、不受中心频率偏移的影响。
附图说明
图1是本实用新型的测量电路的电路原理示意图；
图2是图1所示的数字相移网络原理示意图；
图3为图2所示的积分网路具体电路图；
图4为现有的测量有功功率的电路框图。
图5为本实用新型应用于无功功率测量的具体系统框图。
具体实施方式
如图1所示：本实用新型的无功功率测量电路是在原有有功功率测量电路中加入可使电流量移相90°的数字积分移相网络1来实现无功功率的测量，在没有增加很多系统设计和电路设计负担的情况下，得到与有功功率精度一致的无功功率。这里，数字积分移相网络1负责将电流通道中经模/数转换得到的数字电流信号进行90°移相，然后该信号通过高通滤波器2后与电压信号通过数字乘法器3相乘，即可得到精确的无功功率。所述的高通滤波器2可用来滤除数字积分移相网络1中积分电路带来的直流分量。
图2中具体描述数字积分相移网络1的实现原理：所述的数字积分相移网络1包括一设有加法器111及数字延时电路112的积分网络11；后接于积分网络11的增益电路12；分别与增益电路12、移位寄存器112相连接的时钟电路13。在本实施例中所述数字延时电路112为移位寄存器，增益电路12的增益作用在于补偿信号移相前后幅度的变化，其值的大小和采样时钟频率的大小成反比。
图3是模/数转换后的电流数字信号为N bit时积分网络11的具体实现电路图，其包括N个加法器；一一依次对应连接于N个加法器后的N个移位寄存器112、N个缓冲电路，所述的加法器111为一位全加器，移位寄存器112为D触发器。所述的积分网络11的差分方程为：
y(n)＝x(n)+y(n-1)其中移位寄存器112完成将信号延迟一个时钟周期的任务；加法器111即是将原信号和延时后的信号相加以完成积分作用。
图4为现有技术的测量有功功率电路框图，系统中主要包括设于电流通道的模拟/数字转换电路4、去除高频量化噪声的降采样电路6、高通滤波电路2、设于电压通道的A/D转换器5、补偿电流电压两路信号相位差的相位补偿电路7、以及连接电流通道及电压通道的数字乘法器3、滤除高频成分取其直流信号的低通滤波电路、将数字信号转换为频率信号的数字/频率转换电路。图5为本实用新型应用于无功功率测量的具体电路框图，从图上可见，只要在测量有功功率的图4中加入90°数字积分相移网络1，就可得到与有功功率精度一样的无功功率。
上述仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的保护范畴。
Claims (6)
1、一种基于数字积分实现移相的无功功率测量电路，包括设于电流通道的A/D转换器(4)，高通滤波器(2)、设于电压通道的A/D转换器(5)，以及将数字电流量与数字电压量相乘的数字乘法器(3)，其特征在于，在所述的A/D转换器(4)与高通滤波器(2)之间还设有一可使电流量移相90°的数字积分移相网络(1)，所述的数字积分移相网络(1)包括加法器(111)及数字延时电路(112)，所述的数字延时电路(112)将信号延迟一个时钟周期，所述的加法(111)将原信号和延时后的信号相加以完成积分。
2、根据权利要求1所述的基于数字积分实现移相的无功率测量电路，其特征在于，所述的数字延时电路(112)为移位寄存器。
3、根据权利要求2所述的基于数字积分实现移相的无功功率测量电路，其特征在于，所述的数字积分移相网络(1)还包括后接于加法器(111)的增益电路(12)及与增益电路(12)、移位寄存器(112)均相连的时钟电路(13)。
4、根据权利要求1所述基于数字积分实现移相的无功功率测量电路，其特征在于，所述的加法器(111)为N个一位全加器组成。
5、根据权利要求4所述基于数字积分实现移相的无功功率测量电路，其特征在于，所述的数字延时电路(112)为N个D触发器组成，并与N个全加器一一对应连接。
6、根据权利要求5所述的基于数字积分实现移相的无功功率测量电路，其特征在于，所述的N由A/D转换器(4)的转换位数确定。
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