专利名称：数字式功率因数测量装置及其测量方法
技术领域：
本发明涉及一种功率因数的测量装置及其测量方法，特别涉及一种数字式功率因数的测量装置及其测量方法。
背景技术：
目前应用于同步发电机励磁装置中的功率因数测量装置，一般采用单片机或工业控制计算机实现，其电路复杂，调试难度大，可靠性较低，影响同步发电机励磁装置的安全可靠运行。
发明内容
为了解决现有技术中功率因数测量装置电路复杂、调试难度大、可靠性低的缺点，本发明的目的是提供一种数字式功率因数测量装置，具有可靠性高的优点。
本发明的另一目在于提供一种利用该测量装置进行数字式功率因数测量的方法。
本发明所采用的技术方案是一种数字式功率因数测量装置，该装置包括可接入电压信号的电压互感器和可接入电流信号的电流互感器，电压互感器将电压信号输入整形电路，经整形电路整形后的电压信号分两路输入数字量输入�？椋宦酚糜诓饬康缪剐藕诺闹芷冢宦芳觳獾缪剐藕诺纳仙兀邮至渴淙肽？槭涑龅牡缪剐藕攀淙肟杀喑碳扑慊刂破鳎缌骰ジ衅鹘缌餍藕攀淙胝蔚缏罚蔚缏氛魏蟮牡缪剐藕攀淙胧至渴淙肽？椋糜诩觳獾缌餍藕诺纳仙兀邮至渴淙肽？槭涑龅牡缌餍藕攀淙肟杀喑碳扑慊刂破鳎杀喑碳扑慊刂破饔胪ㄑ督涌谙嗔樱杀喑碳扑慊刂破靼ㄊ奔浯淼ピ猅PU、处理器CPU、存储单元顺序连接，可编程计算机控制器的存储单元预先装入数字式功率因数测量程序。
其中与电压互感器相连接的整形电路3分两路，一路包括电阻R6，电阻R6与电阻R7、电阻R8依次串联，电阻R6与电阻R7之间并联电容C3，电容C3的另一端接地，电阻R7与电阻R8之间并联正反方向的二极管D3和二极管D4，经电阻R8的信号接比较器U1A的正极，经二极管D4的信号接比较器U1A的负极，比较器U1A将信号输入数字量输入�？椋涣硪宦钒ǖ缱鑂1，电阻R1与电阻R2、电阻R3依次串联，电阻R2与电阻R3之间并联电容C2并接地，电阻R2与电阻R3之间并联正反方向的二极管D1和二极管D2，电阻R5接在反相输入端和地之间，电阻R4接在输出端和反相输入端之间，经电阻R3的信号接比较器U1B的正极，经电阻R5的信号接比较器U1B的负极，比较器U1B将信号输入数字量输入模块。
其中与电流互感器相连接的整形电路4包括电阻R9，电阻R9的两端分别与运算放大器U2B的输出端和同相端连接，运算放大器U2B的输出端依次与电阻R10、电阻R11和电阻R12串联，电阻R11与电阻R12之间并联电容C4并接地，电阻R11与电阻R12之间并联正反方向的二极管D5和二极管D6，经电阻R12的信号接比较器U2A的正极，经二极管D6的信号接比较器U2A的负极，比较器U2A将信号输入数字量输入�？�。
本发明的另一技术方案在于一种数字式功率因数测量方法，包括下列程序I.同步信号周期测量将用于测量同步信号周期的时间处理单元TPU(8)通道C配以TPU的门时测量�？長TXcpiC()，LTXcpiC()设置为检测相邻两上升沿之间的时间，在每个扫描周期调用门时测量�？長TXcpiC()，LTXcpiC()的输出DifCnt为相邻两上升沿之间的时间，即是同步信号的周期T，其时间单位为时间处理单元TPU(8)内部时钟的周期；II.相位差测量将用于检测电压信号上升沿的时间处理单元TPU(8)通道D配以TPU的带时间标识的数字量输入�？長TXditD()，LTXditD()设置为电压信号上升沿到来时，无延时的向检测相位差的时间处理单元TPU(8)通道E发出一个链接信号；将用于检测相位差的时间处理单元TPU(8)通道E配以时间处理单元TPU(8)的带时间标识的数字量输入�？長TXditE()，LTXditE()设置为接到链接信号时，读取时间处理单元TPU(8)内部时钟的时间time0，同时在电流信号上升沿时刻，读取时间处理单元TPU(8)内部时钟时间time1，time1-time0即为相位差ΔT，其时间单位为时间处理单元TPU(8)内部时钟的周期；III.功率因数计算功率因数按下述公式计算即COSφ＝COS(ΔT/T×360)，其中T是同步信号的周期DifCnt，ΔT是相位差＝time1-time0，即计算出功率因数。
LTXcpiC、LTXditD()、LTXditE()中的C、D、E为十六进制，代表时间处理单元TPU的第C、D、E通道，时间处理单元TPU有16个通道，C、D、E通道是时间处理单元TPU16个通道中的任意三个。
本发明与现有技术相比，具有结构简单，使用方便，可靠性高的特点，它的优点是利用可编程计算机控制器和整形电路实现功率因数测量，取代了用单片机或工业控制计算机实现的功率因数测量装置，从而提高了功率因数的测量精度，提高了励磁控制器的实时性，使功率因数的测量软件化，从而使励磁调节更便于使用、维护及调整。
图1为本发明的结构示意框图；图2为本发明的电路原理图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的内容作进一步说明。
参见图1所示，数字式功率因数测量装置，该装置包括可接入电压信号的电压互感器1和可接入电流信号的电流互感器2，电压互感器1将电压信号输入整形电路3，经整形电路3整形后的电压信号分两路输入数字量输入�？�5，一路用于测量电压信号的周期，一路用于检测电压信号的上升沿，从数字量输入�？�5输出的电压信号输入可编程计算机控制器PCC7，电流互感器2将电流信号输入整形电路4，经整形电路4整形后的电压信号输入数字量输入�？镻CC5，用于检测电流信号的上升沿，从数字量输入�？�5输出的电流信号输入可编程计算机控制器PCC7，可编程计算机控制器PCC7与通讯接口6相连接，可编程计算机控制器PCC7包括时间处理单元TPU8、处理器CPU9、存储单元10顺序连接，可编程计算机控制器PCC7的存储单元，预先装入数字式功率因数测量程序。
工作时，电压信号经电压互感器1和整形电路3分两路分别接入可与可编程计算机控制器PCC7的时间处理单元TPU8相连接的数字量输入�？�5，一路用于测量电压信号的周期，另一路用于检测电压信号的上升沿；电流信号经电流互感器2和整形电路4的输出接入可与可编程计算机控制器PCC7的时间处理单元TPU8相连接的数字量输入�？�5，用于检测电流信号上升沿，预先装入可编程计算机控制器PCC7的专用程序根据检测并计算出功率因数。
在实施本装置时可编程计算机控制器PCC7选用PP41，它集处理器CPU9，时间处理单元TPU8，数字量输入，数字量输出、通讯接口6以及大液晶显示器与键盘于一体，并且有6个可扩展的插槽，平均无故障时间(MTBF)可长达50万小时。由于PP41自带的10个数字量输入通道有四个通道可与PCC的时间处理单元TPU8相连接，其三个通道可以用于电压信号的周期测量、电压信号上升沿的检测以及电流信号上升沿的检测，剩余通道用于其它数字量输入。
可编程计算机控制器PCC7也可选用CP476或CP474，它集处理器CPU9，时间处理单元TPU8以及通讯接口6于一体，此时数字量输入模块5选用DI135，参见图2。
图2中，电压信号连接在电压互感器PT1的输入端，电压互感器PT1的输出分两路，一路与整形电路3的电阻R6、电阻R7、电阻R8依次串联，电阻R6与电阻R7之间并联电容C3，电容C3的另一端接地，电阻R7与电阻R8之间并联正反方向的二极管D3和二极管D4，经电阻R8的信号接比较器U1A的正极，经二极管D4的信号接比较器U1A的负极，比较器U1A将信号输入数字量输入�？�5DI135的端子4，用来检测电压信号的上升沿；另一路与整形电路3的电阻R1、电阻R2、电阻R3依次串联，电阻R2与电阻R3之间并联电容C2并接地，电阻R2与电阻R3之间并联正反方向的二极管D1和二极管D2，电阻R5接在反相输入端和地之间，电阻R4接在输出端和反相输入端之间，经电阻R3的信号接比较器U1B的正极，经电阻R5的信号接比较器U1B的负极，比较器U1B将信号输入数字量输入模块5DI135的端子5，用来测量电压信号的周期。电流信号连接在电流互感器CT2的输入端，电流互感器CT2的输出端接在整形电路4的运算放大器U2B上，电阻R9的两端分别与运算放大器U2B的输出端和同相端连接，运算放大器U2B的输出端依次与电阻R10、电阻R11和电阻R12串联，电阻R11与电阻R12之间并联电容C4并接地，电阻R11与电阻R12之间并联正反方向的二极管D5和二极管D6，经电阻R12的信号接比较器U2A的正极，经二极管D6的信号接比较器U2A的负极，比较器U2A将信号输入数字量输入�？�5DI135的端子7，用来检测电流信号的上升沿。
当所测回路的功率因数变化时，可编程计算机控制器PCC7的检测电压信号上升沿的时间处理单元TPU8通道检测出电压信号的上升沿，并无延时的发出一个链接信号到检测电流信号上升沿的时间处理单元TPU8通道，检测电流信号上升沿的时间处理单元TPU8通道接到链接信号时读取时间处理单元TPU8内部时钟的时间time0，同时在电流信号上升沿时刻读取时间处理单元TPU8内部时钟时间time1，time1-time0即为相位差ΔT，再按公式COSφ＝COS(ΔT/T×360)计算出功率因数。
权利要求
1.一种数字式功率因数测量装置，其特征在于，该装置包括可接入电压信号的电压互感器(1)和可接入电流信号的电流互感器(2)，电压互感器(1)将电压信号输入整形电路(3)，经整形电路(3)整形后的电压信号分两路输入数字量输入�？�(5)，一路用于测量电压信号的周期，一路用于检测电压信号的上升沿，从数字量输入�？�(5)输出的电压信号输入可编程计算机控制器(7)，电流互感器(2)将电流信号输入整形电路(4)，经整形电路(4)整形后的电压信号输入数字量输入�？�(5)，用于检测电流信号的上升沿，从数字量输入�？�(5)输出的电流信号输入可编程计算机控制器(7)，所说的可编程计算机控制器(7)包括顺序连接的时间处理单元TPU(8)、处理器CPU(9)和存储单元(10)，可编程计算机控制器(7)的存储单元(10)预先装入数字式功率因数测量程序。
2.根据权利要求1所述的数字式功率因数测量装置，其特征在于，所说的整形电路(3)分两路，一路包括电阻R6，电阻R6与电阻R7、电阻R8依次串联，电阻R6与电阻R7之间并联电容C3，电容C3的另一端接地，电阻R7与电阻R8之间并联正反方向的二极管D3和二极管D4，经电阻R8的信号接比较器U1A的正极，经二极管D4的信号接比较器U1A的负极，比较器U1A将信号输入数字量输入�？�(5)；另一路包括电阻R1，电阻R1与电阻R2、电阻R3依次串联，电阻R2与电阻R3之间并联电容C2并接地，电阻R2与电阻R3之间并联正反方向的二极管D1和二极管D2，电阻R5接在反相输入端和地之间，电阻R4接在输出端和反相输入端之间，经电阻R3的信号接比较器U1B的正极，经电阻R5的信号接比较器U1B的负极，比较器U1B将信号输入数字量输入�？�(5)。
3.根据权利要求1所述的数字式功率因数测量装置，其特征在于，所说的整形电路(4)包括电阻R9，电阻R9的两端分别与运算放大器U2B的输出端和同相端连接，运算放大器U2B的输出端依次与电阻R10、电阻R11和电阻R12串联，电阻R11与电阻R12之间并联电容C4并接地，电阻R11与电阻R12之间并联正反方向的二极管D5和二极管D6，经电阻R12的信号接比较器U2A的正极，经二极管D6的信号接比较器U2A的负极，比较器U2A将信号输入数字量输入�？�(5)。
4.一种数字式功率因数测量方法，其特征在于，包括下列程序I.同步信号周期测量将用于测量同步信号周期的时间处理单元TPU(8)通道C配以TPU的门时测量�？長TXcpiC()，LTXcpiC()设置为检测相邻两上升沿之间的时间，在每个扫描周期调用门时测量�？長TXcpiC()，LTXcpiC()的输出DifCnt为相邻两上升沿之间的时间，即是同步信号的周期T，其时间单位为时间处理单元TPU(8)内部时钟的周期；II.相位差测量将用于检测电压信号上升沿的时间处理单元TPU(8)通道D配以TPU的带时间标识的数字量输入�？長TXditD()，LTXditD()设置为电压信号上升沿到来时，无延时的向检测相位差的时间处理单元TPU(8)通道E发出一个链接信号；将用于检测相位差的时间处理单元TPU(8)通道E配以时间处理单元TPU(8)的带时间标识的数字量输入模块LTXditE()，LTXditE()设置为接到链接信号时，读取时间处理单元TPU(8)内部时钟的时间time0，同时在电流信号上升沿时刻，读取时间处理单元TPU(8)内部时钟时间time1，time1-time0即为相位差ΔT，其时间单位为时间处理单元TPU(8)内部时钟的周期；III.功率因数计算功率因数按下述公式计算即COSφ＝COS(ΔT/T×360)，其中T是同步信号的周期DifCnt，ΔT是相位差＝time1-time0，即计算出功率因数。
5.根据权利要求4所述的数字式功率因数测量方法，其特征在于，所说的LTXcpiC、LTXditD()、LTXditE()中的C、D、E为十六进制，代表时间处理单元TPU(8)的第C、D、E通道，时间处理单元TPU(8)有16个通道，所说的C、D、E通道是时间处理单元TPU(8)16个通道中的任意三个。
全文摘要
一种数字式功率因数测量装置及其测量方法，该装置包括可接入电压信号的电压互感器和可接入电流信号的电流互感器，电压信号经电压互感器、整形电路后分两路输入数字量输入�？椋宦酚糜诓饬康缪剐藕诺闹芷冢宦酚糜诩觳獾缪剐藕诺纳仙兀缓笫淙肟杀喑碳扑慊刂破鳎缌餍藕啪缌骰ジ衅鳌⒄蔚缏泛笫淙胧至渴淙肽？椋糜诩觳獾缌餍藕诺纳仙兀偈淙肟杀喑碳扑慊刂破鳎杀喑碳扑慊刂破饔胪ㄑ督涌谙嗔樱杀喑碳扑慊刂破鞯拇娲⒌ピは茸叭胧质焦β室蚴饬砍绦颍叫藕胖芷诓饬�、相位差测量和功率因数计算所得。本发明具有结构简单，使用方便，可靠性高的特点，便于使用、维护及调整。
文档编号G01R21/06GK1621851SQ20041007343
公开日2005年6月1日 申请日期2004年12月20日 优先权日2004年12月20日
发明者南海鹏, 王德意, 王涛, 贾嵘 申请人:西安理工大学
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