本實用新型涉及電壓檢測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種基于同步信號的電壓電流快速變送器，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時檢測。

背景技術(shù)：

三相橋式整流裝置應(yīng)用廣泛，很多時候需要監(jiān)測其整流輸出的電壓電流，根據(jù)負載不同，其輸出特性相應(yīng)變化，而當負載為電感性負載時且控制角變化范圍為0～180°時，其整個狀態(tài)會分為整流狀態(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)同步電機可控硅勵磁裝置的應(yīng)用進行理論研究和設(shè)計。

目前，同步電機可控硅勵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)電機轉(zhuǎn)子，整流橋可控硅的控制角α工作在0～180°。因發(fā)電機轉(zhuǎn)子作為負載表現(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)電機機端電壓；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GB/T13850-1998規(guī)定響應(yīng)時間小于400mS以下，造成市面上的變送器在響應(yīng)時間的指標上存在滿足國標要求但不能滿足實時性要求高的監(jiān)測和控制的場合。

因此，有必要設(shè)計一種基于同步信號的電壓電流快速變送器，以解決上述技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對背景技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的是提供一種基于同步信號的電壓電流快速變送器，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，具有高可靠性、高隔離耐壓能力、響應(yīng)時間小的特點。

本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種基于同步信號的電壓電流快速變送器，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、模擬量采集模塊和通信模塊，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)進行計算處理，通信模塊用于將可編程FPGA控制器的數(shù)據(jù)計算結(jié)果傳輸至外部監(jiān)控設(shè)備。

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，所述通信模塊通過CAN和RS485進行通信傳輸。

在上述技術(shù)方案中，所述外部監(jiān)控設(shè)備設(shè)有CAN和RS485通信接口，進行數(shù)據(jù)采集和傳輸。

本實用新型基于同步信號的電壓電流快速變送器，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，多路隔離電路以及通信模塊CAN和RS485，以可編程FPGA控制器作為核心處理器來進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)信號的處理及運算，快速求得測量對象的算術(shù)平均值，通過通信模塊傳輸至外部監(jiān)控設(shè)備，可以滿足三相橋式整流裝置輸出電壓電流實時監(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)時間小的特點。

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為本實用新型基于同步信號的電壓電流快速變送器框圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

如圖2所示，本實用新型所述的一種基于同步信號的電壓電流快速變送器，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和通信模塊4以及外部監(jiān)控設(shè)備5。

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進行快速信號采集和運算提供一個采樣基準周期。

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)進行計算處理，可編程FPGA控制器1的計數(shù)頻率為36MHz，對于工頻50Hz，其角度測量精度可達0.0005°?？删幊蘁PGA控制器1實時計算出頻率后進行512分頻得到模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣周期和起始點，并保證整流橋輸入電源的頻率變化時采樣周期和起始點隨之改變，可編程FPGA控制器1響應(yīng)無中斷延時，實現(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，每周期(20ms或50Hz)512個點的采樣頻率，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。

通信模塊4用于將可編程FPGA控制器1的數(shù)據(jù)計算結(jié)果傳輸至外部監(jiān)控設(shè)備5，在本實施例中，通信模塊4通過CAN和RS485進行通信傳輸；外部監(jiān)控設(shè)備2設(shè)有與通信模塊對應(yīng)的CAN和RS485通信接口，進行數(shù)據(jù)采集和傳輸，可以滿足三相橋式整流裝置輸出電壓電流實時監(jiān)測的需要。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果：

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。

第二，本實用新型精度高，響應(yīng)快。

第三，本實用新型響應(yīng)時間不大于20ms。

第四，本實用新型具備CAN和RS485接口，可以實現(xiàn)智能接入自動化監(jiān)測系統(tǒng)。

第五，本實用新型硬件電路原理清晰，強調(diào)隔離能力設(shè)計，抗干擾能力強。

本實用新型基于同步信號的電壓電流快速變送器，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)信號的處理及運算，快速求得測量對象的算術(shù)平均值，可通過通信模塊4傳輸至外部監(jiān)控設(shè)備，可以滿足三相橋式整流裝置輸出電壓電流實時監(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)時間小的特點。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。