專利名稱:數(shù)字式功率因數(shù)表的制作方法
本實用新型屬于一種電工測試儀表，特別是用于電網功率因數(shù)值測試的儀表。
電網功率因數(shù)的測試，目前一般采用的技術為電動系指針式儀表。隨著現(xiàn)代技術的發(fā)展，該已知技術存在以下不足1、由于沒有數(shù)字輸出信號，無法與數(shù)字控制系統(tǒng)接口，限制了在現(xiàn)代控制技術中的應用。2、由于為指針式結構，測試精度低，一般為2.5級，高精度只能達到1級，即最大相對誤差為1％。3、由于為電動式儀表結構，所以測試量限窄，一般為0.5－1－0.5。
本實用新型的目的，在于提供一種具有數(shù)字輸出接口，能夠顯示即時值、平均值的數(shù)字式功率因數(shù)表。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的使用大規(guī)模集成電路件組成一個運算處理環(huán)節(jié)，對從電路經變換而來的電流、電壓方波信號進行功率因數(shù)角檢測。根據(jù)模式選擇環(huán)節(jié)予定的工作模式進行數(shù)字處理，得到電路功率因數(shù)值送往顯示器數(shù)字顯示。同時，該功率因數(shù)值也送往備用輸出接口，以備需要時直接與數(shù)字控制系統(tǒng)連接。
圖1表示本實用新型的電路原理框圖。其中包括信號變換環(huán)節(jié)〔1〕，模式選擇環(huán)節(jié)〔2〕，運算處理環(huán)節(jié)〔3〕，鎖存譯碼驅動環(huán)節(jié)〔4〕，數(shù)字顯示器〔5〕，數(shù)字輸出接口〔6〕。從被測電路來的電壓電流實時信號Usr、Isr輸入信號變換環(huán)節(jié)〔1〕，信號變換環(huán)節(jié)〔1〕將之變換為兩路方波信號，過電壓保護和欠電流指示的電平信號，這四路信號一同送給運算處理環(huán)節(jié)〔3〕，運算處理環(huán)節(jié)〔3〕檢測電壓、電流方波信號的前沿或后沿差，即得到電壓、電流信號之間的相位差φ，模式選擇環(huán)節(jié)〔2〕予定的測試內容、相位差單位、測試相數(shù)、顯示時間和功率因數(shù)的即時值／平均值選擇，也同時送到運算處理環(huán)節(jié)〔3〕，運算處理環(huán)節(jié)〔3〕根據(jù)以上的工作模式，完成予定的運算處理后，向鎖存譯碼驅動環(huán)節(jié)〔4〕和數(shù)字輸出接口〔6〕輸出功率因數(shù)值的數(shù)字編碼信號，鎖存譯碼驅動環(huán)節(jié)〔4〕向數(shù)字顯示器〔5〕送出數(shù)字顯示信號，數(shù)字顯示器〔5〕顯示功率因數(shù)值。
其中運算處理環(huán)節(jié)〔3〕可用各種數(shù)字邏輯器件組成。例如微處理器EPROM、單片微型計算機。運算處理環(huán)節(jié)包括以下數(shù)字處理功能(1)根據(jù)模式選擇環(huán)節(jié)輸入的編碼，自動選擇工作模式，對輸出與顯示值進行相應的轉換。
(2)相位差的分時采樣、校零、單位換算、功率因數(shù)值的計算。
(3)迭加平均與二次加權平均處理。
模式選擇環(huán)節(jié)由八位按鍵開關組成。包含以下工作模式(1)測試內容選擇功率因數(shù)／功率因數(shù)角測量。
(2)功率因數(shù)角單位選擇百分度／度／弧度。
(3)輸出、顯示值選擇即時值／平均值。
(4)相數(shù)選擇三相／單相。
(5)顯示時間選擇四檔。
通常，本實用新型用作三相功率因數(shù)表。從被測電路來的兩路交流信號Usr、Isr分別由Ac相電壓信號和B相電流信號組成，顯示值即為三相電網功率因數(shù)值。
本實用新型也可用作單相功率因數(shù)表。這時，從被測電路來的兩路交流信號Usr、Isr則由被測相的電壓信號和電流信號組成。顯示值即為該相功率因數(shù)值。
使用本實用新型，與已往技術相比，有以下優(yōu)點(1)測試精度提高，功率因數(shù)測試精度通常為0.1％。
(2)測試量限變寬功率因數(shù)值為0.001－1－0.001。
(3)應用范圍廣泛由于精度提高，能用在實驗室作標準表，由于成本不高，可用于變配電室作開關板用表；又由于具有數(shù)字輸出接口，可方便的用在各種數(shù)字控制系統(tǒng)中。
(4)本實用新型具有多種用途只要接入被測信號，通過模式選擇按鈕予定工作模式，就可測量兩路相同頻率周期信號之間的相位差，例如功率因數(shù)角，也可測另兩路單脈沖信號的時間間隔，或者測量一路單脈沖信號的寬度。
圖2表示本實用新型一個實施例的電路原理框圖。其中信號變換環(huán)節(jié)〔1〕由單片四電壓比較器139為核心器件組成，模式選擇環(huán)節(jié)〔2〕由8位按鍵開關組成，運算處理環(huán)節(jié)〔3〕由單片微型計算機MCS－48組成，鎖存譯碼驅動環(huán)節(jié)〔4〕由四只鎖存譯碼驅動器4511組成，數(shù)字顯示器〔5〕由四只LED數(shù)碼管組成，輸入的兩路交流信號Usr、Isr送入單片四電壓比較器139，經139變換后送出的兩路方波信號與兩路電平信號同時送入單片微型計算機MCS－48，MCS－48經運算處理后的功率因數(shù)值編碼信號，同時送到數(shù)字輸出接口和四只鎖存譯碼驅動器4511，4511譯碼后的七段顯示信號送到四只數(shù)碼管作數(shù)字顯示。
圖3表示實施例中信號變換環(huán)節(jié)原理圖。其中(a)為電壓信號的方波轉換電路，(b)為電流信號的方波轉換電路，(c)為過電壓保護信號變換電路，(d)為欠電流信號變換電路。
(a)由四電壓比較器139中的一只比較器與電阻1R1－1R3和二極管D1共同組成零交探測器，輸入信號Usr，輸出電壓方波信號。
(b)與(a)的組成完全相同。輸入信號Isr，輸出電流方波信號。
(c)過電壓保護電路由二極管D3、電位器W1和電容C1、C2組成整流濾波電路，電阻1R15－1R18和139中的一個比較器組成遲滯電壓比較器電路。輸入Usr，正常情況下，輸出高電平；過電壓時，輸出低電平。
(d)與(c)電路組成基本相似，輸入Isr，正常情況下，輸出高電平，欠電流時，輸出低電平。
圖4表示實施例中顯示電路原理圖。其中(a)為最高位顯示電路，(b)為第二位顯示電路，(c)為第三位顯示電路，(d)為最低位顯示電路，(e)為“單位、符號”顯示電路。
(a)電路由一只七段顯示鎖存譯碼驅動器4511、電阻4R1－4R7與一只數(shù)碼管組成，輸入信號DB0－DB3為二一十進制的編碼信號，顯示最高位數(shù)字信號，4511的鎖存由脈沖信號CL1控制。
(b)、(c)、(d)電路與(a)電路組成完全相同，分別由數(shù)碼管D、DⅠ、DⅡ顯示第二位、第三位和最低位數(shù)字信號。
(e)電路由驅動器75462與兩只發(fā)光二極管D5、D6組成，若作功率因數(shù)表時，D5亮，表示超前功率因數(shù)；D6亮表示為滯后功率因數(shù)；若作為相位表時，D5亮表示百分度，D6亮表示為度，D5、D6同時亮表示為弧度，若作為毫秒表時，D5亮表示us，D6亮表示ms，D5、D6同時亮表示為秒。
本實用新型的實施例在圖2輸入端輸入信號Usr、Isr，附圖3的輸入端也輸入Usr、Isr，(a)電路和(b)電路兩路方波信號輸出連接到單片機MCS－48的T1與INT端，(c)電路(b)電路的輸出電平信號連接到MCS－48的I／O端口，模式選擇開關也和MCS－48的I／O端口相連接。
從單片機MCS－48的I／O端口送出的數(shù)字編碼信號DB0－DB7與附圖4的輸入端DB0－DB7相連接，同時把從MCS－48I／O端口送出的鎖存脈沖信號分別與附圖4中的CL1、CL2連接。
如上述連接電路完畢，并調試好所有運算處理程序，將其代碼固化單片機MCS－48的EPROM中，即可用來測試功率因數(shù)。
權利要求
1.一種數(shù)字式功率因數(shù)表，其特征在于該表電路結構由信號變換環(huán)節(jié)[1]、模式選擇環(huán)節(jié)[2]、運算處理環(huán)節(jié)[3]、鎖存譯碼驅動環(huán)節(jié)[4]、數(shù)字顯示器[5]和數(shù)字輸出接口[6]組成，從被測電路來的電壓、電流信號輸入信號變換環(huán)節(jié)[1]，信號變換環(huán)節(jié)[1]將之變換為兩路方波信號、過電壓保護和欠電流指示電平信號，這四路信號一同送給運算處理環(huán)節(jié)[3]，運算處理環(huán)節(jié)[3]根據(jù)模式選擇環(huán)節(jié)[2]予定的即時值/平均值選擇、三相/單相選擇、顯示時間選擇。對輸入信號進行予定的運算處理后，向鎖存譯碼驅動環(huán)節(jié)[4]和輸出接口[6]輸出功率因數(shù)值的數(shù)字編碼信號。鎖存譯碼驅動環(huán)節(jié)[4]向數(shù)字顯示器[5]送出數(shù)字顯示信號，數(shù)字顯示器[5]顯示功率因數(shù)值。
2.根據(jù)權利要求
1所述的功率因數(shù)表，其特征在于運算處理環(huán)節(jié)〔3〕是以單片微型計算機為核心器件組成。
3.根據(jù)權利要求
1或2所述的功率因數(shù)表，其特征在于信號變換環(huán)節(jié)〔1〕由兩路零交探測器和兩路遲滯比較器電路組成。
專利摘要
一種數(shù)字式功率因數(shù)表。由信號變換環(huán)節(jié)、模式選擇環(huán)節(jié)、運算處理環(huán)節(jié)、鎖存譯碼驅動環(huán)節(jié)、數(shù)字顯示器和數(shù)字輸出接口組成。精度達0.1％，量限為0.001-1-0.001。用于功率因數(shù)、功率因數(shù)角的測試和數(shù)字控制系統(tǒng)。既可作為功率因數(shù)計量標準，也可作為面板表用。
文檔編號G01R21/00GK86202216SQ86202216
公開日1987年9月16日 申請日期1986年4月17日
發(fā)明者齊長遠 申請人:陜西省長安縣前進電器廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan