CN107402358A - 一种多类型电源信号调理转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源信号调理转换装置，由电源信号调理机箱和电源信号转化机箱两部分组成，通过电源信号调理机箱和电源信号转换机箱配合使用，可以将大功率电源信号调理转换为信号采集提取设备直接识别的信号进行采集。其中，电源信号调理机箱是无源设备，机箱内部是传感器电路用于感应大功率电源信号；电源信号转换机箱是有源设备，机箱内部是霍尔温度补偿电路，信号二次转换电路和辅助功能控制电路，电路中使用了集成运算放大器芯片和控制芯片，具有电路控制功能，用于对声光报警功能，信号阈值识别功能和信号二次转换功能的控制。两个机箱相互配合，能够完成电源品质特性测试***中，对于多类型电源信号的调理转换功能。

Description

一种多类型电源信号调理转换装置

技术领域

本发明涉及电源特性测试技术领域，具体地说，是设计研制一种多类型电源信号调理转换装置。

背景技术

电源品质特性对用电设备具有非常重要的影响，当电源品质特性较差时，电源中存在的谐波、脉冲或过压、过流、欠压、欠流等会对用电设备造成很大影响，甚至对用电设备造成不可修复的损毁。因此，对电源特性的检测是国标、国军标等多种标准规定的必测项目。特别是对于飞机、轮船、汽车等通过发动机带动发电机供电的***，其电源品质特性更需要进行全面测试，以保证电源的可靠性和用电设备的使用安全。目前，测量和电源使用万用表、示波器等常规设备进行电源品质特性检测，存在普通参数检测不精确，对瞬变高压、过流和特殊参数无法检测等限制。

经过检索，现有的文章和专利如下：

(1)一种新型信号调理电路的设计(娄莹，王雪洁.一种新型信号调理电路的设计[J].电测与仪表,2005,42(8):43-45.)

与本发明相比，该专利的缺点在于：输入电压范围较窄(2.7—20V)

(2)带信号调理的16位A/D转换器AD7715的原理及应用(来源，《自动化与仪器仪表》2003年第02期作者：章彧，朱杰斌)

与本发明相比，该专利的缺点在于：当***存在较小的外界干扰时本***就会产生不稳定的工作状态。

(3)一种飞机用直流地面电源监控器(专利申请号201621029025.5)

与本发明相比，该专利的缺点在于：该专利自身带有自锁功能，当断电时控制***一直保持控制电路的状态，即使直流地面电源电压自行恢复至正常供电电压范围内，也不会接通机上供电，必须重新上电复位才可能解除锁定。但是它只能针对于直流电源进行检测，而新专利可以针对直流、两相交流和三相交流电进行电源信号的调理，可以适用于大部分类型的电源信号。且当发生过压欠压时，以上专利的反应没有新专利的报警反应直观。

(4)直流电源品质检测模块(专利申请号201510536982.0)

与本发明相比，该专利的缺点在于：该专利是通过调节比较器比较端的分压电阻，调整电路的电压准入高低值(更改过压、欠压禁入比较电路的电压比较值)。虽然该专利可以防止用电设备在电源输入端没有电源品质检测装置，而导致的电源电压波动造成的用电设备损坏。但是其欠、过压保护范围小，应用场合较为局限。而新专利在保证电源的可靠性和用电设备能安全使用的情况下，达到了直流电源5V～460V，两相交流电源110V～400V，三相交流电源190V～700V，最大可以承受电源功率≥350kW，单通道可承受最大电流≥500A，可以调理转换绝大部分类型的电源信号。

(5)电源参数监控方法及***(专利申请号201611177753.5)

与本发明相比，该专利的缺点在于：该专利的采集装置每隔一段时间进行采集，将数据储存到虚拟表格中然后进行绘图分析。但它并没有具体的提出如何检测电源的运行参数，只是从软件编程的角度描述了数据的储存方式等概念。在新专利中的电源信号转换机箱和信号传输采集箱中都涉及了数据采集概念且说明了机箱的内部构造和基于电源参数特性的整理与计算分析，内容翔实。

(6)一种通用电源状态监控***及其监控方法(给出专利申请号201611214539.2)

与本发明相比，该专利的缺点在于：该专利所描述的监控方法适用于单相和三相电源，通过检测实时数据当***出现欠压、过压、缺相、错相等故障时报警，详细介绍了该监控方法的硬件模块与程序读取流程。该***主要应用于民用，该设计并没有谈及精度等问题，遂怀疑它的精度较低。而新专利摆脱了诸如万用表等传统测量设备在进行电源品质特性检测时，存在普通参数检测不精确，对瞬变高压、过流和特殊参数无法检测等限制。实现了精确的实时数据测量与分析。

总之，现有技术测试功能单一，对电源信号的检测往往仅针对直流测试，或仅针对交流测试，测试方式大多为间接测试；并且，现有技术的核心关注点都是功能实现，对于测试精度提要求较少。针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种多类型电源信号调理转换装置。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种多类型电源信号调理转换装置，该装置与已有的同类专利相比，完整性强、集成度高，并且精度高，测量范围宽，能够一机多用，可用于测量不同种类型电源的电源品质特性信号。

本发明技术解决方案：一种多类型电源信号调理转换装置，包括：电源信号调理机箱和电源信号转换机箱；

电源信号调理机箱，内部安装传感器电路和继电器组件，通过感应被试电源传输线中的电压和电流，将信号转换为采集设备可直接采集提取的信号类型，测试过程中，电源信号直接通过电源信号调理机箱接到负载或用电设备中；

电源信号转换机箱，通过有源航空插头与电源信号调理机箱连接，信号转换机箱内部安装霍尔效应温度补偿电路、集成运算放大电路及辅助控制电路和开关控制电路，并实时监测输入输出信号的状态，通过开关电路控制电源信号调理机箱的继电器组，同时控制声光报警和紧急停止，接收到电源调理机箱输入的信号之后，信号在转换机箱电路内部再经过二次变换，通过一个航空插头将信号传输到电源信号采集提取设备中；

两个机箱相互配合，完成对不同类型电源信号的调理转换。

电源信号调理机箱内部由传感器电路和继电器组构成，外部为机壳和连接器。电源信号调理机箱输入端连接被试电源，输出端连接负载或用电设备，信号监测端连接电源信号转换机箱将传感器采集到的信号传输到电源信号转换机箱。

电源信号转换机箱内部由霍尔效应温度补偿电路、集成运算放大电路、辅助控制电路和开关控制电路组成，机箱外部为机壳和连接器。电源信号转换机箱连接到电源信号调理机箱中，通过霍尔效应温度补偿电路、集成运算放大电路、辅助控制电路和开关控制电路将经过调理机箱调理后的信号进行二次变换，最后通过航空插头将调理转换完成的信号传输到信号采集提取装置中。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)针对上述电源品质特性检测需求，本发明涉及的多类型电源信号调理转换装置能够将不同类型的电源信号，通过传输感应的方式调理转换为±10V的电压信号，测试传感器设计为通过感应模式，可以直接测量通过传感器的电源信号，实际操作通过一体式机箱连接方式完成，具有完成性和集成度高的优点。

(2)本发明针对传感器在使用中的温飘和误差进行了计算补偿，提高了测试结果的精度，并且然后通过后端信号采集处理装置对电源的多种参数特性进行采集整理、计算分析，具有功能强大的优点。

(3)本发明涉及的电源信号调理转换装置适用于直流电源5V～460V，两相交流电源110V～400V，三相交流电源190V～700V，最大可以承受电源功率≥350kW，单通道可承受最大电流≥500A，可以调理转换绝大部分类型的电源信号，具有体应用范围广，测量范围宽，功能强大的优点。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明装置中电源信号调理机箱内部电路的基本原理图；

图3为本发明装置中电源信号调理机箱的基本结构组成图；

图4为本发明装置中电源信号转换机箱的基本结构组成图；

图5为本发明装置中电源信号调理机箱和电源信号转换机箱的连接原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明做进一步说明。

多类型电源信号调理转换设备用于将不同类型不同功率的被试电源信号通过传输感应的方式调理转换为电源品质特性测试***中信号采集提取计算设备可接收和计算的信号类型。

如图1所示，本发明装置由两台设备组成，分别是电源信号调理箱和电源信号转换箱。在使用时，被试电源先通过电源信号调理箱，将电能传输到模拟负载或者用电设备上。当电能通过电源信号调理箱时，电源信号调理箱中的霍尔传感器会感应通过的电能，并将感应到的信号通过电源信号调理箱的传输通路传输到电源信号转换箱中。电源信号转换箱收到电源信号调理箱传输的信号后，通过霍尔效应温度补偿电路、集成运算放大电路、辅助控制电路和开关控制电路将接收到的信号进行二次变换，最后经过二次调理变换的信号通过电源信号转换箱的信号传输通路传输到信号采集提取装置中。

由于被试电源信号很多是大功率信号，因此，调理转换需要通过传感器电路和分压电路实现。传感器电路和分压电路有多种类型和电路结构方式，针对多类型电源转换调理设备实际的工作方式，采用霍尔传感器配合辅助分压电路的结构对被试电源的大功率信号进行调理电源信号调理电路的基本原理结构如图2所示，信号调理电路主要通过霍尔电压传感器配合辅助分压电路工作。根据霍尔效应，将大功率信号感应形成的电压进行二次分压和比较后，传输到电路后端的变换整理电路中，此时，信号经过滤波变换后形成信号采集提取设备可直接采集拾取的信号类型。

由于霍尔传感器属于对温度较为敏感的器件，其测试结果受温度影响较大，在不同温度下采集到的数据最大偏差达到30％。因此，需要根据温度对霍尔传感器测试结果的影响规律，给出测试结果物理补偿和计算补偿的方案。多类型电源调理变换设备采用基于可调激励电压和可调电阻结合的方式对霍尔传感器的温度漂移进行物理和计算补偿。通过可调电阻，可以改变进入霍尔传感器的激励电压，此时可以通过输出不同的激励电压，对霍尔传感器的补偿电阻进行精确计算，从而得到精度最可靠的补偿电阻值，并可以每隔一段时间对补偿电阻精度进行计算校准。由于被测试的电源一般分为三相交流电，两相交流电和直流电，同时考虑到电压和电流传感器的测试精度，对于不同的电压量程需要采用不同测试精度的传感器和分压元件。因此，分压电路和传感器电路需要进行多通路设计。对于两相交流电，可以与三相交流电采用相同的通路，对于直流电，根据采集电压的不同，分为高电压通路和低电压通路。为了对不同通路的信号进行切换，需要对分压电路和传感器电路接收到的信号进行二次变换，并且配置指示灯对选择通路进行指示。电源信号调理机箱的基本组成如图3所示。

为了实现不同元器件在设备机箱内中的合理布置，对于多类型电源信号调理转换设备，采用两个机箱分别安装分压传感器电路和二次变换电路。根据两个机箱的配合功能，信号通路切换电路也需要配置于安装二次变换电路的机箱中。

信号转换机箱通过有源航空插头与信号调理机箱连接，信号转换机箱内部安装霍尔效应温度补偿电路和集成运算放大电路及其他辅助控制电路，并实时监测输入输出信号的状态，通过开关电路控制信号调理变换箱的继电器组，同时控制本机箱的声光报警和紧急停止，接收到电源调理机箱输入的信号之后，信号在转换机箱电路内部再经过二次变换，通过一个航空插头将信号传输到电源信号采集提取设备中。电源信号转换机箱的基本组成如图4所示。

电源转换机箱的工作原理和工作方式为：

被试电源通过电源信号调理机箱直接连接到负载或用电设备，电源信号转换机箱通过航空插头和信号线与调理机箱连接，对调理机箱输入的信号进行二次变换后，转换为信号采集提取设备可直接识别的信号，通过采集口将信号传输到信号采集提取设备。并且，信号转化机箱具备对输入信号的识别和判断功能，当电压或电流信号超过开关电路设置的阈值时，信号转换机箱的声光控制电路会控制声音和LED报警器自动进行声光报警，同时，开关自动关闭信号调理变换箱的继电器组，停止整套装置的工作。该种方式可以有效保证在出现信号异常的情况下运行装置的安全。

电源信号调理机箱和电源信号转换机箱的连接原理如图5所示。

对于电源信号调理机箱和电源信号转换机箱，按照以下步骤进行操作和试验验证：

(1)根据被试电源类型选择电源信号调理机箱的相应接口。如果是直流电源，选择DC+和DC-两个接口；如果是两相交流电源，可以在ABC三相火线中任意选择一路作为火线，选择另外一路作为零线；如果是三相交流电源，选择ABC三相火线和中线接口。

(2)选择好电源信号调理机箱的接口后，将电源信号调理机箱的输入端接在需要进行测试的被试电源上，将输出端接在测试负载或者用电设备上。

(3)电源信号转换机箱的输入和输出端连接完成后，将电源信号调理机箱的感应电源信号输出端用航空插头连载到电源转换机箱的后面板感应电源信号输入端口。

(4)检查电源信号调理机箱所有连线无误后，将电源信号转换机箱的信号采集输出端通过航空插头连接到电源信号采集提取装置上；此时，再次对线路进行检查，确认连线无误后，接通电源信号转换机箱的外置电源，根据被试电源信号的类型，在电源信号转换箱的前面板选择合适的按钮档位，打开电源按钮。

(5)整套电源信号调理转换装置连接完成后，打开被试电源，加电进行调试。如果试验装置运行正常，即可使用信号采集提取装置对电源信号进行采集整理和分析；如果被试电源出现异常，电源信号转换机箱会实时发出报警指示。当试验过程中出现报警指示时，关闭所有电源，进行故障分析，排除故障后，按照正确的步骤重新连接试验装置，再次加电进行测试。

Claims (3)

1.一种多类型电源信号调理转换装置，其特征在于：包括电源信号调理机箱和电源信号转换机箱；

电源信号调理机箱，内部安装传感器电路和继电器组件，通过感应被试电源传输线中的电压和电流，将信号转换为采集设备可直接采集提取的信号类型，测试过程中，电源信号直接通过电源信号调理机箱接到负载或用电设备中；

电源信号转换机箱，通过有源航空插头与电源信号调理机箱连接，信号转换机箱内部安装霍尔效应温度补偿电路、集成运算放大电路及辅助控制电路和开关控制电路，并实时监测输入输出信号的状态，通过开关电路控制电源信号调理机箱的继电器组，同时控制声光报警和紧急停止，接收到电源调理机箱输入的信号之后，信号在转换机箱电路内部再经过二次变换，通过一个航空插头将信号传输到电源信号采集提取设备中；

两个机箱相互配合，完成对不同类型电源信号的调理转换。

2.根据权利要求1所述的多类型电源信号调理转换装置，其特征在于：所述电源信号调理机箱内部由传感器电路和继电器组构成，外部为机壳和连接器，电源信号调理机箱输入端连接被试电源，输出端连接负载或用电设备，信号监测端连接电源信号转换机箱将传感器采集到的信号传输到电源信号转换机箱。

3.根据权利要求1所述的多类型电源信号调理转换装置，其特征在于：所述电源信号转换机箱内部由霍尔效应温度补偿电路、集成运算放大电路、辅助控制电路和开关控制电路组成，机箱外部为机壳和连接器；电源信号转换机箱连接到电源信号调理机箱中，通过霍尔效应温度补偿电路、集成运算放大电路、辅助控制电路和开关控制电路将经过调理机箱调理后的信号进行二次变换，最后通过航空插头将调理转换完成的信号传输到信号采集提取装置中。