[发明专利]一种功角测量装置输入信号滤波整形电路

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统实时动态监测领域，更具体地涉及一种功角测量装置输入信号滤波整形电路。

背景技术

发电机是电力系统最主要的部件之一，而功角是发电机内部能量转换的一个重要参数，同时也是发电机稳定工作的一个重要标志量。功角指发电机的内电势与机端电压之间的夹角，目前最优化的功角测量方法是直接测量法，这种方法直接测量发电机转子的空间位置，再利用机端电压测量出发电机的功角。在直接测量法中键相信号和机端电压信号是必不可少的，这两个信号的质量对功角测量精度至关重要，而决定这两个信号质量的则是功角测量装置中对这两个信号进行处理的前端模拟电路。传统的功角测量装置前端模拟电路较为简单，对输入信号的隔离和波形整形等操作不够完善，从而影响了测量精度。

中国专利申请01278161.4公开了一种同步发电机、电动机功角测量装置，由齿、传感器、隔离放大电路、采样保持与A/D转换器、数字信号处理器、显示器、键盘和通讯接口组成，齿安装在同步电机的旋转部分，传感器安装在同步电机的静止部分，当齿随电机转子旋转时，在传感器中产生齿脉冲Up，通过放大整形、A/D转换、数字采样和信号处理，比较齿脉冲与电机端电压Ug和系统电压Us的相位差，实现同步电机功角的实时测量，可应用于同步电机的运行监控和故障录波。

上述发明中针对输入的键相信号和机端电压信号并没有设计相应硬件电路进行有效处理，导致输入到数字采样和信号处理模块中的信号可能出现毛刺或振铃等缺陷，影响测量精度。本发明相对于上述专利的优点是：对输入的键相信号和机端电压信号进行了精确的滤波整形处理后产生优质的键相脉冲和机端电压脉冲，再送入中央处理模块进行运算处理，从而有效提高装置的功角测量精度。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种功角测量装置输入信号滤波整形电路。本发明通过完善的滤波电路对输入的键相信号和机端电压信号滤波，利用光电耦合器抑制系统噪声并最终经过合适的迟滞型电压比较器产生高精度的方波键相脉冲和机端电压脉冲。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明包括键相信号处理电路和机端电压信号处理电路。

其中，键相信号处理电路包括：键相信号滤波电路和键相信号整形电路，中间通过光电耦合器隔离。

1)键相信号滤波电路包括：两个运算放大器(U1和U2)、两个二极管(D1和D2)、五个电阻(R1、R2、R3、R4、R5)、一个电感(L1)和一个电容(C1)。其中，第一电阻的一端接输入键相信号，第一电阻的另一端、第二电阻的一端、第一电感的一端分别两两相连，第一电感的一端、第一二极管的负端、第一运算放大器的正向输入端分别两两相连，第二电阻的另一端、第一二极管的正端接+24V电源对应的地，第一运算放大器的反向输入端、第一运算放大器的输出端、第三电阻的一端分别两两相连，第三电阻的另一端、第二二极管的负端、第四电阻的一端、第二运算放大器的正向输入端分别两两相连，第二二极管的正端、第四电阻的另一端、第一电容的一端、第二运算放大器的反向输入端分别两两相连，第一电容的另一端接+24V电源对应的地，第二运算放大器的输出端与第五电阻的一端相连，第五电阻的另一端与第一光电耦合器(U3)的1脚相连。

2)第一光电耦合器(U3)对前后电路进行隔离。第一光电耦合器的1脚与键相信号滤波电路输出信号相连，2脚与前端+24V电路的地相连，4脚与数字地相连，5脚与后端键相信号整形电路相连。

3)键相信号整形电路包括：一个电压比较器(U4)、六个电阻(R6、R7、R8、R9、R10、R11)、两个电容(C2、C3)。第六电阻的一端、第一电压比较器的反向输入端、第一光电耦合器的5脚两两相连，第一电压比较器的正向输入端、第十电阻的一端、第十一电阻的一端两两相连，第八电阻的一端、第九电阻的一端、第十电阻的另一端、第二电容的一端两两相连，第一电压比较器的输出端、第七电阻的一端、第十一电阻的另一端两两相连，第六电阻的另一端、第七电阻的另一端、第三电容的一端、第八电阻的另一端接+3.3V电源，第三电容的另一端、第九电阻的另一端、第二电容的另一端接数字地。

机端电压信号处理电路包括：机端电压变压电路、滤波放大电路、光电耦合器和机端电压整形电路。

1)机端电压变压电路包括：两个电感(L2和L3)、一个电压互感器(PT1)。其中，第二电感的一端和第三电感的一端分别接机端电压的两路输入，互感器的2脚与第二电感的另一端相连，互感器的3脚与第三电感的另一端相连，互感器的1脚接交流电地线，互感器的4脚和6脚为输出信号与后端的滤波、放大电路连接。