專利名稱：用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于方波信號發(fā)生器領域，尤其是一種用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號發(fā)生器。
背景技術：
中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)，又稱諧振接地電網(wǎng)。當諧振接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，消弧線圈提供一電感電流，可補償諧振接地電網(wǎng)三相傳輸線對地電容產(chǎn)生的電流，使接地殘流減小，并使故障相接地電弧兩端的電壓迅速降低，從而使電弧易于自熄。在測量諧振接地電網(wǎng)的諧振頻率時，需要用到大功率的方波信號發(fā)生裝置來進行掃頻，然而現(xiàn)有的信號源發(fā)出的信號比較微弱，而且其頻率范圍受到裝置內元器件的限制，給諧振頻率的測量帶來了困難，甚至會產(chǎn)生錯誤信號而影響電力系統(tǒng)的可靠運行。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種信號功率大、抗干擾能力強且可靠性高的用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號發(fā)生器。本實用新型解決其技術問題是采取以下技術方案實現(xiàn)的一種用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號發(fā)生器，包括單片機控制模塊、電源模塊和方波信號發(fā)生模塊，電源模塊的輸入端與220V交流電源相連接,其輸出端分別與單片機控制模塊及方波信號發(fā)生模塊相連接分別為其供電，單片機控制模塊與方波信號發(fā)生模塊相連接，該方波信號發(fā)生模塊由四個反相器、四個光電耦合、四個驅動電路和四個IGBT及其輔助電路連接構成，四個反相器與單片機的四個I/O接口相連接用于隔離高電壓信號，四個IGBT管及其輔助電路在單片機控制模塊的控制下分成兩組定時導通和截止從而輸出方波信號。而且，所述的單片機控制模塊還連接一手動調節(jié)模塊用于調節(jié)輸出方波信號的幅值、頻率和占空比。而且，所述的單片機控制模塊還連接一顯示模塊用于顯示方波信號的幅值、頻率或占空比。而且，所述的單片機控制模塊包括單片機AT89C51芯片、外圍電路和A/D轉換器。而且，所述的電源模塊包括電壓可調電源模塊和5V電源模塊，該電壓可調電源由自耦變壓器、橋式整流電路及RC電路連接構成并為方波信號發(fā)生模塊供電；所述的5V電源模塊由變壓器及整流穩(wěn)壓單元連接構成并為單片機控制模塊供電。而且，所述的顯示輸出模塊由六個八段數(shù)碼管構成。本實用新型的優(yōu)點和積極效果是本實用新型采用適用于高頻電路的IGBT管作為開關器件并通過手動調節(jié)模塊對輸出的頻率、占空比及電壓幅值進行調節(jié)并通過顯示模塊進行顯示，克服現(xiàn)有方波信號發(fā)生器的信號能量弱的缺點，在單片機與光耦之間設置反相器，增強了電路的抗干擾能力，具有信號功率大、頻率及電壓幅值調節(jié)范圍寬且可手動調節(jié)、性能穩(wěn)定等特點，可廣泛用于電力系統(tǒng)諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量中。

圖1是本實用新型的電路方框圖；圖2是本實用新型的電源模塊和方波信號發(fā)生模塊電路圖；圖3是本實用新型的單片機控制模塊及顯示模塊電路圖；圖4是本實用新型的單片機程序處理流程 圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步詳述。一種用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號發(fā)生器，如圖1所示，包括單片機控制模塊、電源模塊、方波信號發(fā)生模塊、手動調節(jié)模塊和顯示模塊，電源模塊的輸入端與220V交流電源相連接，其輸出端分別與單片機控制模塊及方波信號發(fā)生模塊相連接分別為其供電，該單片機控制模塊包括單片機AT89C51芯片及與其相連接的外圍電路、A/D轉換器，單片機控制模塊分別與方波信號發(fā)生模塊、顯示模塊相連接控制方波信號發(fā)生模塊輸出一定頻率的方波信號并通過顯示模塊進行顯示，單片機控制模塊與手動調節(jié)模塊相連接實現(xiàn)調節(jié)方波輸出信號功能。如圖2所示，電源模塊包括電壓可調電源模塊和5V電源模塊，電源模塊外接220V交流電，一方面經(jīng)過自耦調壓器通過手動旋鈕控制輸出方波電壓幅值的變化；另一方面經(jīng)變壓器和整流穩(wěn)壓單元產(chǎn)生5V直流電供給AT89C51單片機和MAX187使用。其中，電壓可調電源包括自耦變壓器、橋式整流電路及RC電路，該自耦變壓器的主邊與220交流電源相連接，其副邊通過橋式整流電路后，再通過RC電路獲得一個基本保持在50V 200V的直流電壓的方波信號發(fā)生電路供電，該直流電作為4個IGBT組成電路的電源，通過控制IGBT的導通和關斷輸出該電壓幅值的方波；5V電源由變壓器及整流穩(wěn)壓單元構成，該變壓器的主邊與220交流電源相連接，其副邊通過整流穩(wěn)壓單元后輸出5V電源為單片機控制模塊供電。如圖2所示，方波信號發(fā)生模塊包括四個反相器、四個光電耦合、四個驅動電路和四個IGBT及其輔助電路。四個反相器與單片機控制模塊中的單片機AT89C51的四個I/O接口(P1.1、Pl. 2、Pl. 3和Pl. 4)可以有效地隔離高電壓信號，起到保護單片機的作用。四個光電耦合提供了兩端電路的電氣隔離。由于IGBT綜合了 MOSFET和GTR的優(yōu)點，并且具有開關容量大、通態(tài)損耗低、開關損耗低、控制方便的優(yōu)點，因此選取IGBT作為開關器件，四個IGBT管及其輔助電路在AT89C51的控制下分成兩組定時導通和截止，圖中左上角和右下角的IGBT管及其輔助電路為一組，另外兩個IGBT管及其輔助電路為一組，當其中一組IGBT管導通時另一組則截止，并由AT89C51控制使導通和截止的持續(xù)時間相等。其工作原理為Pl.1和Pl. 4發(fā)出信號控制IGBTl和IGBT4導通，在直流電壓E的作用下輸出端會獲得高電平E，且IGBTl和IGBT4導通時間記作tm ;通過單片機Pl. 2和Pl. 3發(fā)出信號控制IGBT2和IGBT3導通，在直流電壓E的作用下輸出端會獲得低電平-E，IGBT2和IGBT3導通時間記作
Iff，則獲得方波的周期為T=Uttjff，占空比為α = ~Τ在沒有調節(jié)占空比旋鈕的情況下，
5默認輸出tm = toff即a =0. 5的方波。通過檢測到旋鈕的調節(jié)量，控制Pl.1 Pl. 4引腳最終得到所需頻率的波形。因為電力IGBT的開關速度快，工作頻率高、功率大的優(yōu)點，可以產(chǎn)生出頻率可調范圍寬，功率大的方波信號，進而應用到諧振接地電網(wǎng)諧振頻率的測量中。手動調節(jié)模塊包括一個波段開關和三個調節(jié)旋鈕。波段開關主要負責在顯示功能方面的調節(jié)，三個波段分別為頻率顯示檔、占空比顯示檔和幅值顯示檔。頻率和占空比的連續(xù)調節(jié)是通過旋鈕調節(jié)電位器實現(xiàn)的，電壓幅值的調節(jié)是通過旋鈕調節(jié)自耦變壓器實現(xiàn)的。調節(jié)頻率控制旋鈕可以改變電位器上獲得的電壓信號，這個電壓信號是一個模擬量，通過A/D轉換器變成數(shù)字量后傳遞給單片機，經(jīng)過單片機程序分析輸出控制信號，經(jīng)由反相器和光電耦合裝置構成的驅動電路后控制4個IGBT的導通和關斷，這樣便可以形成所需要的特定頻率的波形。同時，該頻率還可以用數(shù)碼管顯示出來。本裝置默認輸出的是方波，如需其他占空比的方波，可通過轉動占空比控制旋鈕改變。如圖3所示，單片機控制模塊通過Pl.1 Pl. 4引腳的輸出和顯示模塊進行控制，該顯示模塊采用的是六個數(shù)碼管。調節(jié)頻率控制旋鈕時，電位器阻值的變化導致其端電壓 發(fā)生變化，假設電位器的調節(jié)精度為O.1V，經(jīng)MAX187轉化成對應的數(shù)字量后送給單片機的Pl. 5引腳，該引腳獲取信號后將數(shù)字量鎖存到寄存器中。單片機的晶振選擇10MHz，則它的振蕩周期為O.1 μ S，取每100個振蕩周期為一個單位，對應電位器的O.1V，這樣，便可以將寄存器中的數(shù)字量轉化成時間，控制Pl.1 Pl. 4引腳的開通和關斷，達到通過旋鈕可以連續(xù)調節(jié)方波頻率的目的。通過6個數(shù)碼管可以實現(xiàn)顯示方波頻率、占空比和電壓幅值的目的。數(shù)碼管的段碼a，b, c, d, e, f, g, dp分別與單片機的P2. 7 P2. O相連，控制數(shù)碼管中顯示的字形；數(shù)碼管的位選通由6個PNP三極管控制，分別接到單片機的PO. 2 PO. 7端口上，程序中通過控制PO. 2 PO. 7端口的輸出電平就可以控制數(shù)碼管的顯示與關閉。如PO. 2輸出低電平時，三極管Tl導通，+5V電源加到第一個數(shù)碼管的COM端，那么第一個數(shù)碼管Dl就會顯示出相應的數(shù)字，顯示的數(shù)字由單片機P2. 7 P2. O輸出段碼決定，當PO. 2輸出高電平時，三極管Tl截止，數(shù)碼管DGl就不顯示，從而實現(xiàn)數(shù)碼管位的選通控制功能。單片機內部的顯示處理流程如圖4所示。需要強調的是，本實用新型所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本實用新型包括并不限于具體實施方式
中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據(jù)本實用新型的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬于本實用新型保護的范圍。
權利要求1.一種用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號發(fā)生器，其特征在于包括單片機控制模塊、電源模塊和方波信號發(fā)生模塊，電源模塊的輸入端與220V交流電源相連接，其輸出端分別與單片機控制模塊及方波信號發(fā)生模塊相連接分別為其供電，單片機控制模塊與方波信號發(fā)生模塊相連接，該方波信號發(fā)生模塊由四個反相器、四個光電耦合、四個驅動電路和四個IGBT及其輔助電路連接構成，四個反相器與單片機的四個I/O接口相連接用于隔離高電壓信號，四個IGBT管及其輔助電路在單片機控制模塊的控制下分成兩組定時導通和截止從而輸出方波信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號發(fā)生器，其特征在于所述的單片機控制模塊還連接一手動調節(jié)模塊用于調節(jié)輸出方波信號的幅值、頻率和占空比。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號發(fā)生器，其特征在于所述的單片機控制模塊還連接一顯示模塊用于顯示方波信號的幅值、頻率或占空比。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號發(fā)生器，其特征在于所述的單片機控制模塊包括單片機AT89C51芯片、外圍電路和A/D轉換器。
5.根據(jù)權利要求4所述的用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號發(fā)生器，其特征在于所述的電源模塊包括電壓可調電源和5V電源模塊，該電壓可調電源由自耦變壓器、橋式整流電路及RC電路連接構成并為方波信號發(fā)生模塊供電；所述的5V電源模塊由變壓器及整流穩(wěn)壓單元連接構成并為單片機控制模塊供電。
6.根據(jù)權利要求3所述的用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號發(fā)生器，其特征在于所述的顯示模塊由六個八段數(shù)碼管構成。
專利摘要本實用新型涉及一種用于諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量的方波信號發(fā)生器，其技術特點是包括單片機控制模塊、電源模塊和方波信號發(fā)生模塊，電源模塊的輸入端與220V交流電源相連接，其輸出端分別與單片機控制模塊及方波信號發(fā)生模塊相連接分別為其供電，單片機控制模塊與方波信號發(fā)生模塊相連接控制其輸出一定頻率的方波信號，該方波信號發(fā)生模塊由四個反相器、四個光電耦合、四個驅動電路和四個IGBT及其輔助電路連接構成。本實用新型設計合理，克服現(xiàn)有方波信號發(fā)生器的信號能量弱的缺點，增強了電路的抗干擾能力，具有信號功率大、頻率及電壓幅值調節(jié)范圍寬且可手動調節(jié)、性能穩(wěn)定等特點，可廣泛用于電力系統(tǒng)諧振接地電網(wǎng)諧振頻率測量中。
文檔編號G01R31/02GK202854185SQ20122046085
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權日2012年9月11日
發(fā)明者李聰利, 李玲玲, 李建偉, 段超穎, 張渭澎, 吉海濤 申請人:天津市電力公司, 國家電網(wǎng)公司