本發(fā)明涉及電壓檢測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種快速響應(yīng)的三相整流橋輸出電壓變送器及其控制方法，用于三相橋式整流裝置，特別是三相可控硅整流橋輸出電壓的實(shí)時(shí)檢測。

背景技術(shù)：

三相橋式整流裝置應(yīng)用廣泛，很多時(shí)候需要監(jiān)測其整流輸出的電壓電流，根據(jù)負(fù)載不同，其輸出特性相應(yīng)變化，而當(dāng)負(fù)載為電感性負(fù)載時(shí)且控制角變化范圍為0～180°時(shí)，其整個(gè)狀態(tài)會(huì)分為整流狀態(tài)和逆變狀態(tài)，其輸出電壓電流更具特殊性，在信號處理的要求上更高，因此本文依據(jù)同步電機(jī)可控硅勵(lì)磁裝置的應(yīng)用進(jìn)行理論研究和設(shè)計(jì)。

目前，同步電機(jī)可控硅勵(lì)磁裝置廣泛采用三相橋式整流電路，將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源提供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，整流橋可控硅的控制角α工作在0～180°。因發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子作為負(fù)載表現(xiàn)為電感性，故整流橋的輸出電壓外特性可用公式表示為其中，UG為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓；KT為整流變壓器變壓比；α為可控硅的觸發(fā)角；If為可控硅換相電流；Xr為由交流電壓至整流橋交流輸入端之間的每相換相電抗；ΔU為可控硅管壓降，可忽略。且從圖1中陰影部分可以看出，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓的波形是周期性非正弦波形，是有換相過程的正弦波形的1/6部分(包括換相過程)。而國標(biāo)GB/T13850-1998規(guī)定響應(yīng)時(shí)間小于400mS以下，造成市面上的變送器在響應(yīng)時(shí)間的指標(biāo)上存在滿足國標(biāo)要求但不能滿足實(shí)時(shí)性要求高的監(jiān)測和控制的場合。

因此，有必要設(shè)計(jì)一種快速響應(yīng)的三相整流橋輸出電壓變送器及其控制方法，以解決上述技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種快速響應(yīng)的三相整流橋輸出電壓變送器及其控制方法，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，具有高可靠性、高隔離耐壓能力、響應(yīng)時(shí)間小的特點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種快速響應(yīng)的三相整流橋輸出電壓變送器及其控制方法，包括可編程FPGA控制器，分別與可編程FPGA控制器連接的同步信號測量模塊、模擬量采集模塊和模擬量輸出模塊，其中，所述同步信號測量模塊用于采集三相整流橋輸入側(cè)電壓信號并降壓調(diào)理為周期性方波信號后，傳輸至可編程FPGA控制器，所述模擬量采集模塊設(shè)有分壓隔離電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于采集三相整流橋輸出側(cè)電壓信號，通過分壓隔離電路及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行信號調(diào)理后傳輸至可編程FPGA控制器，可編程FPGA控制器用于對同步信號測量模塊和模擬量采集模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，所述模擬量輸出模塊設(shè)有數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和VI隔離電路，用于將可編程FPGA控制器的數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)換隔離調(diào)理后輸出。

在上述技術(shù)方案中，所述可編程FPGA控制器用于模擬量采集、同步采樣、移窗算法和模擬量輸出的控制及處理。

在上述技術(shù)方案中，所述可編程FPGA控制器的計(jì)數(shù)頻率為36MHz。

在上述技術(shù)方案中，所述模擬量采集模塊的分壓隔離電路通過線性光耦HCNR201隔離。

在上述技術(shù)方案中，所述線性光耦HCNR201隔離的隔離電壓為工頻5KV/min。

在上述技術(shù)方案中，所述模擬量采集模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

在上述技術(shù)方案中，所述模擬量輸出模塊的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路采用16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

在上述技術(shù)方案中，所述模擬量輸出模塊輸出4-20mA信號。

本發(fā)明公開的快速響應(yīng)的三相整流橋輸出電壓變送器及其控制方法，包括同步信號測量模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換，可編程FPGA控制器，多路隔離電路，以可編程FPGA控制器作為核心處理器來進(jìn)行同步信號測量模塊采集的整流橋輸入側(cè)信號和模擬量采集模塊采集的整流橋輸出側(cè)信號的處理及運(yùn)算，快速求得測量對象的算術(shù)平均值，對外通過模擬量輸出模塊輸出標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA模擬量信號，可以滿足三相橋式整流裝置輸出電壓電流實(shí)時(shí)監(jiān)測的需要。本變送器結(jié)構(gòu)簡單緊湊，具有高可靠性、高隔離耐壓能力、響應(yīng)時(shí)間小的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中整流橋電壓波形示意圖；

圖2為本發(fā)明快速響應(yīng)的三相整流橋輸出電壓變送器框圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖2所示，本發(fā)明所述的一種快速響應(yīng)的三相整流橋輸出電壓變送器及其控制方法，包括可編程FPGA控制器1，分別與可編程FPGA控制器1連接的同步信號測量模塊2、模擬量采集模塊3和模擬量輸出模塊4。

其中，同步信號測量模塊2用于采集三相整流橋輸入側(cè)電壓信號并降壓調(diào)理為周期性方波信號后，傳輸至可編程FPGA控制器1。具體的，利用變壓器降低到合適電壓等級后通過模擬電路調(diào)理為周期性方波信號，為可編程FPGA控制器1進(jìn)行快速信號采集和運(yùn)算提供一個(gè)采樣基準(zhǔn)周期。

模擬量采集模塊3設(shè)有分壓隔離電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于采集三相整流橋輸出側(cè)電壓信號，通過分壓隔離電路及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行信號調(diào)理后傳輸至可編程FPGA控制器1。其中，分壓隔離電路通過線性光耦HCNR201隔離，線性光耦HCNR201隔離的隔離電壓為工頻5KV/min，具有高隔離耐壓能力；而模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)快速的轉(zhuǎn)換。

可編程FPGA控制器1用于模擬量采集、同步采樣、移窗算法和模擬量輸出的控制及處理，對同步信號測量模塊2和模擬量采集模塊3傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，可編程FPGA控制器1的計(jì)數(shù)頻率為36MHz，對于工頻50Hz，其角度測量精度可達(dá)0.0005°?？删幊蘁PGA控制器1實(shí)時(shí)計(jì)算出頻率后進(jìn)行512分頻得到模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣周期和起始點(diǎn)，并保證整流橋輸入電源的頻率變化時(shí)采樣周期和起始點(diǎn)隨之改變，可編程FPGA控制器1響應(yīng)無中斷延時(shí)，實(shí)現(xiàn)高精度同步采樣。以三相整流橋的輸入電源的頻率為基準(zhǔn)，每周期(20ms或50Hz)512個(gè)點(diǎn)的采樣頻率，采用移窗平均值算法，快速檢測出三相整流橋的輸出電壓電流。

模擬量輸出模塊4設(shè)有數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和VI隔離電路，用于將可編程FPGA控制器1的數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和VI隔離電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換隔離調(diào)理后輸出，輸出標(biāo)準(zhǔn)4-20mA信號，可以滿足三相橋式整流裝置輸出電壓電流實(shí)時(shí)監(jiān)測的需要；并且數(shù)模轉(zhuǎn)換電路采用16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，同樣實(shí)現(xiàn)快速的轉(zhuǎn)換，提高工作效率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

第一，基于三相橋式整流橋輸入電源的頻率測量，通過對整流橋的輸出電壓電流進(jìn)行高速、高精度數(shù)據(jù)采集，利用FPGA的快速并行處理能力，實(shí)現(xiàn)高精度同步，利用移窗平均值算法快速求得算術(shù)平均值，經(jīng)由高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器和電壓電流轉(zhuǎn)換電路輸出標(biāo)準(zhǔn)4-20mA信號。

第二，本發(fā)明精度高，響應(yīng)快。

第三，本發(fā)明響應(yīng)時(shí)間不大于20ms，并且容易實(shí)現(xiàn)多路隔離的4-20mA信號輸出。

第四，本發(fā)明硬件電路原理清晰，強(qiáng)調(diào)隔離能力設(shè)計(jì)，抗干擾能力強(qiáng)。

本發(fā)明公開的快速響應(yīng)的三相整流橋輸出電壓變送器及其控制方法，包括同步信號測量模塊2，模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換，可編程FPGA控制器1，多路隔離電路以及通信模塊CAN和RS485，以可編程FPGA控制器1作為核心處理器來進(jìn)行同步信號測量模塊2采集的整流橋輸入側(cè)信號和模擬量采集模塊3采集的整流橋輸出側(cè)信號的處理及運(yùn)算，快速求得測量對象的算術(shù)平均值，對外通過模擬量輸出模塊4輸出標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA模擬量信號可以滿足三相橋式整流裝置輸出電壓電流實(shí)時(shí)監(jiān)測的需要。本變送器結(jié)構(gòu)簡單緊湊，具有高可靠性、高隔離耐壓能力、響應(yīng)時(shí)間小的特點(diǎn)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。