一种航空交流电参数测试方法与流程

1.本发明涉及电子测量技术领域，具体是一种航空交流电参数测试方法。


背景技术：

2.在电力电子系统中，交流电的电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、视在功率和功率因数等都是非常重要的参数，因此，交流电参数测量也成为电子测量领域内一个重要的研究课题。
3.为了实现对交流电参数的测量，现有技术中的一种方案是利用专用集成电路芯片进行测量，比如美国ad公司的ade78xx芯片和美国atmel公司的at73c500芯片。然而这些专用芯片使用固定采样率，只能应用在交流电频率为50hz或60hz的场合，如果应用于频率变化较大的航空领域使用的400hz/115v交流电测试中，误差较大。
4.针对400hz/115v航空电源参数测试，现有技术主要是先使用定时器测量交流信号的频率f，再以f的整数倍为采样频率，对交流电信号进行采样，获得n个采样点的瞬时电压/电流值，再通过计算得到需要的参数。然而通过此方法，计算得到的采样长度具有滞后性，对于频率不稳定的场合，容易产生频谱泄漏现象，误差仍然较大。
5.对于频率在变化的场合，可以使用锁相环电路可以有效的完成频率倍频，比如模拟锁相环芯片74hc4046或cd4046，然而该芯片采用模拟电路设计，其中的滤波器参数设计非常繁琐，一致性差，还存在线路复杂、元件易老化、工作点漂移等缺点，同时很难设计一个模拟锁相环电路应对于频率变化范围大(比如30hz-800hz)的场合。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本发明提出一种航空交流电参数测试方法。
7.一种航空交流电参数测试方法，其具体步骤如下：
8.s1、变压器将待检测高压交流电信号转换为电压信号u1，电流传感器将待检测电流信号转换为电流信号i1；
9.s2、信号调理放大得到u2和i2：信号调理电路使用运算放大器将转换后的电压信号u1和电流信号i1分别进行放大和调理得到u2和i2，使u2和i2的信号幅度在模数转换器的转换范围内；
10.s3、过零检测：使用过零检测电路将电压信号u2进行处理，得到方波信号u3，其频率是f；
11.s4、信号倍频得到采样时钟：将方波信号u3连接到fpga，在fpga内构建数字倍频器，得到频率为nf的方波信号clk；
12.s5、同时对电压和电流进行采样：利用两个模数转换器将电压信号u和电流信号i转换为数字信号，两个模数转换器的时钟信号都由fpga内数字倍频器产生，频率为nf，两个模数转换器控制信号相连，并都由fpga给出，两个模数转换器的采样时刻完全相同，即电压和电流同时采样。
13.s6、采样数据传输给后级cpu计算，得到参数结果：在一个交流电压周期内，每个模数转换器等间隔采样了n个点，fpga将采集到的数据传递给后级cpu。
14.所述的步骤s1的电流传感器可以是霍尔电流传感器或罗氏线圈电流传感器类。
15.所述的步骤s3中频率是方波信号u2频率的n倍，为方便计算，n取2的整数次方，如128，256，512类。
16.所述的步骤s5中cpu根据公式可计算出电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、视在功率和功率因数类参数。
17.本发明的有益效果是：通过由fpga内部数字电路产生的数字倍频器，避免了使用模拟锁相环倍频时稳定性差、一致性不高、最大输出频率低类缺点，该倍频器产生一个频率为待测电源频率n倍的方波信号，且该频率可以随输入电压频率变化而变化，实现实时跟踪，避免频谱泄漏现象，可应用于400hz航空电源测试领域。
附图说明
18.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
19.图1为本发明的电路结构图；
20.图2为本发明的过零检测电路实例图；
21.图3为本发明的信号波形图；
22.图4为本发明的数字倍频器原理图；
23.图5为本发明的流程结构示意图。
具体实施方式
24.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
25.如图1至图5所示，一种航空交流电参数测试方法，其具体步骤如下：
26.s1、变压器将待检测高压交流电信号转换为电压信号u1，电流传感器将待检测电流信号转换为电流信号i1；
27.s2、信号调理放大得到u2和i2：信号调理电路使用运算放大器将转换后的电压信号u1和电流信号i1分别进行放大和调理得到u2和i2，使u2和i2的信号幅度在模数转换器的转换范围内；
28.s3、过零检测：使用过零检测电路将电压信号u2进行处理，得到方波信号u3，其频率是f；
29.s4、信号倍频得到采样时钟：将方波信号u3连接到fpga，在fpga内构建数字倍频器，得到频率为nf的方波信号clk；
30.s5、同时对电压和电流进行采样：利用两个模数转换器将电压信号u和电流信号i转换为数字信号，两个模数转换器的时钟信号都由fpga内数字倍频器产生，频率为nf，两个模数转换器控制信号相连，并都由fpga给出，两个模数转换器的采样时刻完全相同，即电压和电流同时采样。
31.s6、采样数据传输给后级cpu计算，得到参数结果：在一个交流电压周期内，每个模数转换器等间隔采样了n个点，fpga将采集到的数据传递给后级cpu。
32.通过由fpga内部数字电路产生的数字倍频器，避免了使用模拟锁相环倍频时稳定性差、一致性不高、最大输出频率低类缺点，该倍频器产生一个频率为待测电源频率n倍的方波信号，且该频率可以随输入电压频率变化而变化，实现实时跟踪，避免频谱泄漏现象，可应用于400hz航空电源测试领域。
33.所述的步骤s1的电流传感器可以是霍尔电流传感器或罗氏线圈电流传感器类。
34.本发明使用的采样时钟由fpga内部数字倍频器产生，其频率始终为待测交流电压的n倍，无计算延迟，无频谱泄漏，对宽频率范围的交流电压信号测量精确度高。
35.本发明硬件电路简单可靠，可单独作为一个交流电检测单元，也可移植到其他复杂的监控系统中。
36.所述的步骤s3中频率是方波信号u2频率的n倍，为方便计算，n取2的整数次方，如128，256，512类。
37.图2是过零检测电路的一个实施实例,由电阻r1、二极管v1、v2和一个比较器lm393组成，交流电压信号经过电阻r1后被二极管v1、v2限幅在
±
0.7v,再经lm393比较可得到方波信号。
38.如图3所示，为过零检测电路的信号波形图和采样时钟的波形图，输入电压u2经过过零检测电路后得到的方波信号u3，该方波信号u3输入到fpga，由fpga内部的数字倍频器产生n倍频率的时钟信号clk。
39.图4是fpga内部数字倍频器的一个实施实例，74297是ti公司的数字锁相环芯片，在fpga可以嵌入其功能单元，可以很容易实现电路的设计。74297的kclk引脚和i/dclk引脚接fpga内部时钟；d/upn和xorpd引脚相连；phase_a1接输入信号，即图1中的u3；k计数器初值为内部数字淲波器的初值，改变k计数器的值可以调整k计数器的进位和借位脉冲时间，随着k值增大，捕获带宽随之会变窄，会延长锁定时间，但抗干扰能力显著提高；idout接输出信号，即图1中的时钟信号，用来给两个模数转换器提供时钟信号，同时idout信号通过n分频器分频后接到phase_b，用来反馈相位信号，这样在锁相环稳定后，输出频率为输入频率的n倍；通过改变n分频器的值可以使数字锁相环工作在最佳频率点，从而可实现宽输入频率范围。
40.所述的步骤s5中cpu根据公式可计算出电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、视在功率和功率因数类参数。
41.本发明针对频率变化较大的航空电源参数测试，提出了一种交流电参数检测方法，本发明在fpga内构建一个数字倍频器，该倍频器产生一个频率为待测电源频率n倍的方波信号，且该频率可以随输入电压频率变化而变化，实现实时跟踪，避免频谱泄漏现象。
42.以数字倍频器产生的方波信号作为两个模数转换器的时钟信号，可以确保每个模数转换器在一个周期内采样n次，而且两个模数转换器同时采样，可以确保用于计算的电压和电流值是同时刻产生的，从而提高了精度，解决了现有方案应用于频率变化较大场合误差较大的问题。
43.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效
物界定。