本實(shí)用新型屬于電能質(zhì)量分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種諧波分析過(guò)濾及電網(wǎng)電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置。

背景技術(shù)：

目前，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種電力電子裝置在發(fā)電、輸電、配電和用電系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛，大量的電力電子裝置以及感性負(fù)荷接入電網(wǎng)，導(dǎo)致電網(wǎng)中存在大量的高次諧波。與此同時(shí)，一些敏感性負(fù)載如精密電子設(shè)備等的廣泛應(yīng)用，對(duì)電能質(zhì)量的要求也日益增高，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，諸如變頻器、接觸器、接觸器式繼電器對(duì)電壓波動(dòng)、驟降也較為敏感，有效的分析諧波并有針對(duì)性的濾除相應(yīng)諧波以及監(jiān)測(cè)電壓波動(dòng)已經(jīng)成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提出一種諧波分析過(guò)濾及電網(wǎng)電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：

一種諧波分析過(guò)濾及電網(wǎng)電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，連接在電網(wǎng)與負(fù)載之間，包括阻波器、耦合電容器、連接濾波器、電流互感器、諧波提取器、電源模塊、散熱風(fēng)扇、電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)電路、中央處理器和蜂鳴器報(bào)警裝置；

所述阻波器的輸入端與耦合電容器的輸入端與電網(wǎng)相連接，所述耦合電容器的輸出端與連接濾波器的輸入端相連，所述連接濾波器的輸出端連接電流互感器的輸入端，所述電流互感器的輸出端連接諧波提取器的輸入端，所述諧波提取器的輸出端連接中央處理器，所述阻波器的輸出端分別與負(fù)載的輸入端、電源模塊的輸入端以及電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)電路的輸入端相連，所述電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)電路的輸出端連接至中央處理器，所述電源模塊的輸出端連接散熱風(fēng)扇，所述中央處理器的輸出端與蜂鳴器報(bào)警裝置相連。

該裝置還包括OLED液晶顯示屏和數(shù)碼管顯示屏，所述OLED液晶顯示屏的輸入端和數(shù)碼管顯示屏的輸入端分別連接中央處理器的輸出端。

所述OLED液晶顯示屏通過(guò)航空插頭與主體電路板中中央處理器分離連接，數(shù)碼管顯示通過(guò)排針焊接在主體電路板上。

所述中央處理器通過(guò)485通信模塊與上位機(jī)連接。

所述中央處理器為DSP+FPGA雙核處理器。

所述諧波提取器為PIC系列單片機(jī)。

所述電流互感器通過(guò)PLC數(shù)據(jù)采集卡與諧波提取器相連。

所述負(fù)載為對(duì)電壓電流變化敏感的線圈類負(fù)載。

所述的電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)電路，包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第一穩(wěn)壓二極管、第二穩(wěn)壓二極管、第三二極管、第四二極管、第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器、第一電容器、第二電容器和第三電容器；

所述第一電阻為限流電阻，第一電阻的輸入端與220V正弦波相連，第一電阻的輸出端同時(shí)連接第二電阻的一端、第三電阻的一端以及第一穩(wěn)壓二極管的陰極，所述第一穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極接第二穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極，所述第二穩(wěn)壓二極管的陰極接地，所述第二電阻的另一端分別連接第一運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入端、第四電阻的一端和第三二極管的陰極，所述第三二極管的陽(yáng)極連接第四二極管的陰極和第一運(yùn)算放大器的輸出端，所述第一運(yùn)算放大器的正極輸入端接地，所述第一運(yùn)算放大器的負(fù)極電源引腳連接一5V電源，所述第一運(yùn)算放大器的正極電源引腳連接5V電源和第一電容器的一端，所述第一電容器的另一端接地，所述第四電阻的另一端和第四二極管的陽(yáng)極連接第六電阻的一端，所述第六電阻的另一端連接第三電阻的另一端、第五電阻的一端和第二運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入端，所述第五電阻的另一端連接第七電阻的一端和第二運(yùn)算放大器的輸出端，所述第二運(yùn)算放大器的正極輸入端接地，所述第二運(yùn)算放大器的負(fù)極電源引腳連接-5V電源，所述第二運(yùn)算放大器的正極電源引腳連接5V電源和第二電容器的一端，所述第二電容器的另一端接地，所述第七電阻的另一端連接第三電容器的一端并輸出至中央處理器，所述第三電容器的另一端接地。

所述電源模塊用于將220V正弦波轉(zhuǎn)換成5V直流電供給散熱風(fēng)扇。

本實(shí)用新型的有益效果：

本實(shí)用新型提出一種諧波分析過(guò)濾及電網(wǎng)電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，通過(guò)裝置內(nèi)部的阻波器的阻高頻通工頻的功能將電網(wǎng)中的諧波隔離，輸出220V正弦波供給負(fù)載，可以有效的減小諧波對(duì)負(fù)載的損害，并且從根本上提高了線路的電能質(zhì)量，降低線損，提高了電網(wǎng)的供電可靠性。同時(shí)裝置內(nèi)部的耦合電容器起到通高頻阻工頻的作用，與阻波器分別構(gòu)成兩條支路，能夠有效的將高頻諧波與工頻電流分流。耦合電容器與其后級(jí)的連接濾波器構(gòu)成帶通濾波器，只允許相應(yīng)的諧波通過(guò)，并經(jīng)過(guò)電流互感器傳輸至諧波提取器，諧波提取器為PIC系列單片機(jī)，經(jīng)過(guò)程序算法計(jì)算，能夠精準(zhǔn)快速實(shí)時(shí)的傳輸至中央處理器。且中央處理器為DSP+FPGA雙核處理器，保證數(shù)據(jù)處理精準(zhǔn)快速。裝置主體上安裝有數(shù)碼管顯示屏顯示，接收中央處理器實(shí)時(shí)傳送的信息，顯示諧波量最大的諧波次數(shù)，供工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員參考。同時(shí)，裝置的顯示模塊為OLED液晶顯示屏，通過(guò)航空插頭連接線與主體連接，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的顯示諧波信號(hào)的波形，加大了安裝空間的可利用性。同時(shí)，裝置的電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)電路實(shí)時(shí)跟蹤分析電網(wǎng)電壓幅值并輸出至中央處理器，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)較為嚴(yán)重時(shí)，中央處理器會(huì)通過(guò)OLED液晶顯示屏顯示，并通過(guò)蜂鳴器報(bào)警裝置報(bào)警，同時(shí)通過(guò)485通信模塊傳送至遠(yuǎn)程上位機(jī)。極大的縮短了現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員查錯(cuò)維修的時(shí)間，能夠減小因此而造成的損失。本裝置采用主體顯示分離結(jié)構(gòu)，具有安裝方便、造價(jià)很低、檢修維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)裝置的OLED液晶顯示屏和數(shù)碼管顯示屏顯示雙重操作模式，更加方便可靠。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的諧波分析過(guò)濾及電網(wǎng)電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)電路的電路原理圖；

圖3為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的電源模塊的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型具體實(shí)施方式加以詳細(xì)的說(shuō)明。

一種諧波分析過(guò)濾及電網(wǎng)電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，連接在電網(wǎng)與負(fù)載之間，如圖1所示，包括阻波器、耦合電容器、連接濾波器、電流互感器、諧波提取器、電源模塊、散熱風(fēng)扇、電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)電路、中央處理器和蜂鳴器報(bào)警裝置。

本實(shí)施方式中，阻波器的輸入端與耦合電容器的輸入端與電網(wǎng)相連接，耦合電容器的輸出端與連接濾波器的輸入端相連，連接濾波器的輸出端連接電流互感器的輸入端，電流互感器的輸出端連接諧波提取器的輸入端，諧波提取器的輸出端連接中央處理器，阻波器的輸出端分別與負(fù)載的輸入端、電源模塊的輸入端以及電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)電路的輸入端相連，電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)電路的輸出端連接至中央處理器，電源模塊的輸出端連接散熱風(fēng)扇，中央處理器的輸出端與蜂鳴器報(bào)警裝置相連。還包括OLED液晶顯示屏和數(shù)碼管顯示屏，OLED液晶顯示屏的輸入端和數(shù)碼管顯示屏的輸入端分別連接中央處理器的輸出端。

本實(shí)施方式中，OLED液晶顯示屏通過(guò)航空插頭與主體電路板中中央處理器分離連接，數(shù)碼管顯示通過(guò)排針焊接在主體電路板上，顯示諧波次數(shù)和電壓波動(dòng)狀態(tài)。

本實(shí)施方式中，中央處理器連接的液晶顯示屏和數(shù)碼管顯示屏，通過(guò)主體和顯示面板雙重顯示操作，便于直觀可靠的分析諧波波形、電壓波動(dòng)情況。

本實(shí)施方式中，中央處理器通過(guò)485通信模塊與上位機(jī)連接。

本實(shí)施方式中，中央處理器為DSP+FPGA雙核處理器。該DSP+FPGA雙核處理器處理信息實(shí)時(shí)高效、可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。

本實(shí)施方式中，中央處理器用于讀取諧波提取器提取的諧波分量次數(shù)及其比重，對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到各諧波分量次數(shù)及對(duì)應(yīng)比重，以及其波形，傳輸至OLED液晶顯示屏和數(shù)碼管顯示屏進(jìn)行顯示，同時(shí)讀取電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)電路采集的實(shí)時(shí)跟蹤分析電網(wǎng)電壓幅值，對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)數(shù)值超出閾值時(shí)，輸出信號(hào)至蜂鳴報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警。

本實(shí)施方式中，諧波提取器為PIC系列單片機(jī)。

本實(shí)施方式中，電流互感器通過(guò)PLC數(shù)據(jù)采集卡與諧波提取器相連，PLC數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。

本實(shí)施方式中，負(fù)載為對(duì)電壓電流變化敏感的線圈類負(fù)載。如接觸器，繼電器，變頻器，軟啟動(dòng)器等。

本實(shí)施方式中，電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)電路，如圖2所示，包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第一穩(wěn)壓二極管D1、第二穩(wěn)壓二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第一運(yùn)算放大器U1、第一運(yùn)算放大器U2、第一電容器C1、第二電容器C2和第三電容器C3。

其中，第二電阻R2與第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第七電阻R7的阻值均相等并且等于第六電阻R6的阻值的一半。

第一電阻R1為限流電阻，第一電阻R1的輸入端與220V正弦波相連，第一電阻R1的輸出端同時(shí)連接第二電阻R2的一端、第三電阻R3的一端以及第一穩(wěn)壓二極管D1的陰極，第一穩(wěn)壓二極管D1的陽(yáng)極接第二穩(wěn)壓二極管D2的陽(yáng)極，第二穩(wěn)壓二極管D2的陰極接地，第二電阻R2的另一端分別連接第一運(yùn)算放大器U1的2引腳、第四電阻R4的一端和第三二極管D3的陰極，第三二極管D3的陽(yáng)極連接第四二極管D4的陰極和第一運(yùn)算放大器U1的1引腳，第一運(yùn)算放大器U1的3引腳接地，第一運(yùn)算放大器U1的4引腳連接-5V電源，第一運(yùn)算放大器U1的5引腳連接5V電源和第一電容器C1的一端，第一電容器C1的另一端接地，第四電阻R4的另一端和第四二極管D4的陽(yáng)極連接第六電阻R6的一端，第六電阻R6的另一端連接第三電阻R3的另一端、第五電阻R5的一端和第一運(yùn)算放大器U2的2引腳，第五電阻R5的另一端連接第七電阻R7的一端和第一運(yùn)算放大器U2的1引腳，第一運(yùn)算放大器U2的3引腳接地，第一運(yùn)算放大器U2的4引腳連接-5V電源，第一運(yùn)算放大器U2的5引腳連接5V電源和第二電容器C2的一端，第二電容器C2的另一端接地，第七電阻R7的另一端連接第三電容器C3的一端并輸出至中央處理器，第三電容器C3的另一端接地。

本實(shí)施方式中，如圖3所示，電源模塊用于將220V正弦波轉(zhuǎn)換成5V直流電供給散熱風(fēng)扇，散熱性能好。電源模塊的型號(hào)為L(zhǎng)H05-10B05，其中引腳L接220V正弦波電壓正極，引腳N接交流地；引腳Vout接第五穩(wěn)壓二極管的陰極，作為輸出；引腳GND接第五穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極接直流地；交流地和直流地之間接470pF小容量電容器。

上述諧波分析過(guò)濾及電網(wǎng)電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置的工作原理如下：

該裝置可以對(duì)電網(wǎng)中的諧波進(jìn)行分析過(guò)濾，改善電能質(zhì)量，將質(zhì)量良好的220V正弦波供給負(fù)載，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓波動(dòng)狀態(tài)，并通過(guò)中央處理器反饋給OLED液晶顯示屏和數(shù)碼管顯示屏和上位機(jī)，通過(guò)阻波器的阻高頻通工頻的功能將電網(wǎng)中的諧波隔離過(guò)濾，輸出220V正弦波供給負(fù)載，可以有效的減小諧波對(duì)負(fù)載的損害，同時(shí)耦合電容器起到通高頻阻工頻的作用，與阻波器分別構(gòu)成兩條支路，能夠有效的將高頻諧波與工頻電流分流。耦合電容器與其后級(jí)的連接濾波器構(gòu)成帶通濾波器，只允許相應(yīng)的諧波通過(guò)，并經(jīng)過(guò)電流互感器傳輸至諧波提取器，諧波提取器提取的諧波分量的次數(shù)為2～50次，諧波提取器經(jīng)提取的諧波分量次數(shù)及其比重能夠精準(zhǔn)快速實(shí)時(shí)的傳輸至中央處理器。且中央處理器為DSP+FPGA雙核處理器，保證數(shù)據(jù)處理精準(zhǔn)快速。裝置主體上安裝有數(shù)碼管顯示屏顯示，接收中央處理器實(shí)時(shí)傳送的信息，顯示諧波量最大的諧波次數(shù)，供工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員參考。同時(shí)，裝置的顯示模塊為OLED液晶顯示屏，通過(guò)航空插頭連接線與主體連接，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的顯示諧波信號(hào)的波形。同時(shí)，電壓波動(dòng)監(jiān)測(cè)電路實(shí)時(shí)跟蹤分析電網(wǎng)電壓幅值并輸出至中央處理器，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)較為嚴(yán)重時(shí)，中央處理器會(huì)通過(guò)OLED液晶顯示屏顯示，并通過(guò)蜂鳴器報(bào)警裝置報(bào)警，同時(shí)通過(guò)485通信模塊傳送至遠(yuǎn)程上位機(jī)。極大的縮短了現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員查錯(cuò)維修的時(shí)間，能夠減小因此而造成的損失。