專利名稱：發(fā)電機pt測速裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于發(fā)電機技術領域，具體涉及一種發(fā)電機PT測速裝置的設計。
背景技術：
發(fā)電機PT測速儀是一種發(fā)電行業(yè)用來給發(fā)電機測速的儀表，具體利用發(fā)電機機端PT信號來測定發(fā)電機的轉(zhuǎn)速。PT信號取自發(fā)電機的電壓互感器(即發(fā)電機副繞組)，當發(fā)電機在額定電壓時，PT信號幅度為100V，當發(fā)電機過速時，PT信號電壓將超過100V，甚至達到200V左右；當發(fā)電機沒有勵磁時，因發(fā)電機剩磁產(chǎn)生的殘壓也有0.7 2V，其頻率與機組發(fā)電頻率相同。傳統(tǒng)PT測速儀表是將PT信號通過儀表內(nèi)的小型隔離變壓器將PT信號降壓后傳送到后級電路處理，經(jīng)過信號處理解算PT信號頻率，利用發(fā)電機轉(zhuǎn)速公式即可測定發(fā)電機轉(zhuǎn)速。傳統(tǒng)的PT測速方式存在以下缺陷:PT信號幅度隨著發(fā)電機轉(zhuǎn)速的變化而變化，其變化范圍大，而儀表內(nèi)的隔離變壓器的變比是固定的，難以同時滿足PT信號最大和最小信號時降壓要求。隔離變壓器必須滿足將最大幅度PT信號降壓到后級電路允許的范圍內(nèi)，這樣當PT在最小時信號經(jīng)過隔離變壓器后，幅度將變得非常低，容易和噪聲混雜。隔離變壓器的頻率響應范圍是有限的，一般隔離變壓器的頻率響應范圍都在20赫茲以上(頻率越低越難以實現(xiàn)，難度和成本將急劇增加)，在低于20赫茲時，輸出信號就將急劇削弱，信號波形也會變形。而發(fā)電機測速儀表的一個主要功能就是給發(fā)電機在啟停機時連續(xù)監(jiān)測轉(zhuǎn)速信號，由于 隔離變壓器的頻率響應范圍的限制，當發(fā)電機轉(zhuǎn)速低時，儀表可能會丟失信號。PT信號上會疊加諧波信號(其中，2、3次諧波影響會較嚴重)和其它干擾信號，在發(fā)電機勵磁、并網(wǎng)以及甩負荷時，會有很多毛刺和波形畸變，傳統(tǒng)的模擬濾波電路很難將這些干擾信號濾除。有改良的測速儀表通過非線性光耦隔離的方式來進行PT信號的隔離和采樣，如CN102621345A，但是該方案仍然是需要隔離變壓器限幅。此方法仍然是建立在傳統(tǒng)的測速方式之上，雖然利用模擬電路進行了一定得改良，但是仍然避免不了在信號采集時就因儀表內(nèi)部隔離變壓器的先天缺陷會使信號大量損失，從而導致測量靈敏度嚴重不足，尤其是在低轉(zhuǎn)速時。而在后面的隔離和濾波上也無法在保證不繼續(xù)損失信號的情況下將干擾信號完全的進行隔離和濾除。CN102621345A中的信號調(diào)理電路可以展成如圖1示的結構，當PT信號處于正半周時，光耦Ul工作，輸出三極管導通，信號輸出端輸出一個約5V的高電平信號；iPT信號處于負半周時，光I禹U2工作,輸出三極管導通,信號輸出端輸出一個低電平信號，電路輸出如圖2所示的脈沖信號。這種方案存在的缺陷如下:輸入信號不能超過光耦的反向擊穿電壓，以常用的非線性光耦TLP521-1為例，其輸入發(fā)光二極管的反向擊穿電壓最大為6V。目前尚無輸入方向擊穿電壓達到200V的光耦，所以PT信號不能直接采用，仍然需要限幅變壓器將PT信號電壓限定在光耦的反向擊穿電壓以內(nèi)。非線性光耦要可靠工作，需要一定的電流。以TLP-521為例，使用手冊上的推薦工作條件是10mA，而輸入限流電阻的阻值是一定的，在小信號的情況下，光耦將不能可靠工作，直至不能工作。非線性光耦的工作輸入電壓一般都在IV以上，即使限流電阻很小的情況下，在發(fā)電機未勵磁時，若剩磁微弱，殘壓信號也不足以使光稱工作。此種方式只能將PT信號的正半周信號作為有用信號，負半周信號僅表現(xiàn)為脈沖信號的低電平，無法加以進一步的利用。如果PT信號有干擾，信號經(jīng)過光耦后可能會出現(xiàn)在同一正半周內(nèi)出現(xiàn)多次正脈沖，而脈沖信號在后級濾波中，用傳統(tǒng)的濾波電路非常難以濾除，且也很難將這些脈沖信號和正常的信號區(qū)分出來。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的發(fā)電機PT測速儀表存在的上述問題，提出了一種發(fā)電機PT測速裝置。本發(fā)明的具體技術方案為:一種發(fā)電機PT測速裝置，具體包括:PT信號非線性限幅電路、線性光電隔離電路和邏輯濾波電路，其中，所述PT信號非線性限幅電路用于將PT信號的幅度限制在預先設定的閾值范圍之內(nèi)；所述線性光電隔離電路用于對限幅后PT信號進行光電隔離；所述邏輯濾波電路對光電隔離后的PT信號進行濾波處理，用于濾除非過零干擾信號，邏輯濾波電路輸出所述PT信號的脈沖信號。進一步的，所述PT信號非線性限幅電路具體包括:第一電阻、第一二極管和第二二極管，所述PT信號輸入至第一電阻的一端；第一二極管的陽極、第二二極管的陰極和第一電阻的另一端連接在一起作為所述PT信號非線性限幅電路的輸出端；第一二極管的陰極和第二二極管的陽極藕接至地電位。進一步的，所述線性光電隔離電路具體包括:第一線性光耦器件、第二線性光耦器件、第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器、第五放大器、第六放大器、第三二極管、第四二極管、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻和第十一電阻，其中，第二電阻的一端和第三電阻的一端連接在一起作為所述的線性光電隔離電路是輸入端，第二電阻的另一端與所述第一線性光耦器件的第三端子、第一放大器的負向輸入端和第三二極管的陰極連接在一起，第一線性光耦器件的第一端子通過第四電阻連接至第一放大器的輸出端及第三二極管的陽極；第一線性光耦器件的第二端子和第四端子以及第一放大器的正向輸入端藕接至地電位；第一線性光耦器件的第五端子和第六端子分別連接至第三放大器的正向輸入端和負向輸入端并且第一線性光耦器件的第六端子通過第六電阻連接至第三放大器的輸出端；第三放大器的正向輸入端藕接至地電位；第三電阻的另一端連接至第二線性光耦器件的第四端子及第二放大器的負向輸入端、第四二極管的陽極；第二線性光耦器件的第二端子通過第五電阻連接至第二放大器的輸出端和第四二極管的陰極；第二線性光耦器件的第一端子和第三端子以及第二放大器的正向輸入端藕接至地電位；第二線性光耦器件的第五端子和第六端子分別連接至第四放大器的正向輸入端和負向輸入端并且第二線性光耦器件的第六端子通過第七電阻連接至第四放大器的輸出端；第四放大器的正向輸入端藕接至地電位；第三放大器的輸出端與第五放大器的負向輸入端相連接；第五放大器的正向輸入端通過第八電阻連接至外部的第一基準電壓，并通過第十電阻連接至第五放大器的輸出端；第四放大器的輸出端與第六放大器的負向輸入端相連接；第六放大器的正向輸入端通過第九電阻連接至外部的第一基準電壓，并通過第十一電阻連接至第五放大器的輸出端；第五放大器的輸出端和第六放大器的輸出端分別作為所述線性光電隔離電路的第一輸出端和第二輸出端。進一步的，所述的邏輯濾波電路包括一反相器和一 D觸發(fā)器，其中，所述D觸發(fā)器的直接置位端連接至所述線性光電隔離電路的第一輸出端；所述反相器的輸入端連接至所述線性光電隔離電路的第二輸出端；所述反相器的輸出端連接至所述D觸發(fā)器的時鐘信號端，所述D觸發(fā)器的D觸發(fā)端接地；所述D觸發(fā)器的正相輸出端作為所述邏輯濾波電路的輸出端。本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的PT測速裝置基于發(fā)電機組的現(xiàn)有PT信號，取消了儀表內(nèi)部小型隔離變壓器，使原始信號完全被收集采樣，不增加其他任何附加設施，可以對傳統(tǒng)儀表進行直接替換；本發(fā)明采用非線性的 限幅手段，可以實現(xiàn)對小于0.7V的PT小信號沒有衰減；對超過0.7V以上的PT信號限制在0.7V，可保障后級電路穩(wěn)定可靠工作；本發(fā)明引入線性光耦器件，對限幅后PT信號進行光電隔離，由于線性光耦器件的有源反饋工作機制，輸入的微小信號都可以無損的傳遞到后級，且頻率響應下限擴展到直流范圍；此外采用數(shù)字電路，從邏輯上直接將信號上下半周中的毛刺和諧波濾除，從根本上濾除非過零的干擾。


圖1是現(xiàn)有的一種現(xiàn)行PT信號的隔離和采樣的信號調(diào)理電路示意圖。圖2是圖1的工作過程信號示意圖。圖3是實施例的發(fā)電機PT測速裝置具體結構示意4是實施例的非線性限幅電路結構示意圖。圖5是實施例的線性光電隔離電路結構示意圖。圖6是實施例的線性光耦器件結構及使用示意7是實施例的邏輯濾波電路結構示意圖。圖8是實施例的PT信號經(jīng)過非線性限幅的波形示意圖。圖9是實施例的經(jīng)過光耦隔離整形后的波形示意圖。圖10是實施例的邏輯濾波波形示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的實施例做進一步的說明。本發(fā)明實施例的發(fā)電機PT測速裝置具體結構示意圖如圖3所示，具體包括:PT信號非線性限幅電路、線性光電隔離電路和邏輯濾波電路，其中，所述PT信號非線性限幅電路用于將PT信號的幅度限制在預先設定的閾值范圍之內(nèi)；所述線性光電隔離電路用于對限幅后PT信號進行光電隔離；所述邏輯濾波電路對光電隔離后的PT信號進行濾波處理，用于濾除非過零干擾信號，邏輯濾波電路輸出所述PT信號的脈沖信號。這里的PT測速裝置基于發(fā)電機組的現(xiàn)有PT信號，取消了儀表內(nèi)部小型隔離變壓器，使原始信號完全被收集采樣，不增加其他任何附加設施，可以對傳統(tǒng)儀表進行直接替換。圖4給出了一種非線性限幅電路結構示意圖，具體包括:電阻R1、二極管D1、D2，PT信號輸入至電阻Rl的一端；二極管Dl的陽極、二極管D2的陰極和電阻Rl的另一端連接在一起作為PT信號非線性限幅電路的輸出端；二極管Dl的陰極和二極管D2的陽極藕接至地電位。這里PT信號通過電阻Rl后與反向并聯(lián)的兩個二極管相接。這樣做的好處在于，當PT信號微弱時，所有的電壓都加在二極管上，可以無衰減的傳遞到后級電路。當PT信號超過二極管導通電壓后，超過的電壓加在電阻Rl上。由于需要測量的物理量是頻率，對波形并不關心，所以只要信號的過零特征被檢測出來即可，削峰后的PT信號，完整的保留了這一特征，而且這樣可以把大多數(shù)的干擾信息屏蔽掉，PT信號經(jīng)過非線性限幅的波形示意圖如圖6所示。這里通過采用非線性的限幅手段，可以實現(xiàn)對小于0.7V的PT小信號沒有衰減；對超過0.7V以上的PT信號限制在0.7V，可保障后級電路穩(wěn)定可靠工作圖5給出了線性光電隔離電路的一種結構示意圖，具體包括:線性光耦器件U2、U3,第一放大器OPl、第二放大器0P2、第三放大器0P3、第四放大器0P4、第五放大器0P5、第六放大器 0P6, 二極管 D3、D4，電阻 R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、RIO、R11，圖 5 中，U2A、U2B和U2C構成了線性光耦器件U2，U3A、U3B和U3C構成了線性光耦器件U3。為濾除整個 測量系統(tǒng)中的本底噪聲，在本實施例中，外部的第一基準電壓具體為IOOmV。在本實施例中，線性光耦器件具體采用的是HCNR201 (HCNR200為其低精度型號，還有如IL300、TIL300A，LOCl 10、LOClll等兼容型號)，HCNR201是光耦器件，頻率響應范圍可到直流，比傳統(tǒng)的變壓器隔離電路擴寬了頻率響應范圍。HCNR201還是線性光耦器件，通過反饋電路，可以響應微弱的輸入信號，在靈敏度上比非線性光耦電路有天然的優(yōu)勢。其結構及使用示具體如圖6所示，HCNR201光耦含有三個部分，一個發(fā)光二極管，兩個性能參數(shù)幾乎一致的光敏二級極管。在使用時，把發(fā)光二極管和光敏二級極管PDl組合使用，通過運算放大器反饋，調(diào)節(jié)發(fā)光二極管發(fā)光強度，使流過光敏二極管PDl的電流達到Vin/R61。由于PD2和PDl的性能參數(shù)幾乎一致，所以流過PD2的電流和流過PDl的電流幾乎是一致的，再通過電流一電壓轉(zhuǎn)換電路(使R63與R61阻值一致)，即可使Vout=Vin。經(jīng)過限幅的PT信號通過兩個線性光耦HCNR201無損的隔離傳輸?shù)絻x表的低壓側。且負半周信號被翻轉(zhuǎn)成正信號，但在時序上仍然保持和正半周信號的固有關系。隔離后的正負半周信號通過兩個斯密特比較器和一個100毫伏的基準電壓比較整形，整形為兩個TTL方波信號S1、S2，具體如圖9所示。雖然非線性限幅電路已經(jīng)可以濾除很大一部分干擾，但是一些強烈的干擾信號仍然會傳遞到后級，如圖10所示。經(jīng)過隔離整形后的信號，在一個半周期內(nèi)可能出現(xiàn)多個脈沖，這些都是強烈干擾信號引起的。對于這種干擾，傳統(tǒng)的模擬濾波電路，無論是有源濾波還是無源濾波都不能很好的濾除，對于此種情況最好的辦法是用邏輯濾波來處理。圖7給出了是一種邏輯濾波電路結構示意圖，具體包括一反相器和一 D觸發(fā)器，其中，D觸發(fā)器的直接置位端連接至線性光電隔離電路的第一輸出端；反相器的輸入端連接至所述線性光電隔離電路的第二輸出端；所述反相器的輸出端連接至D觸發(fā)器的時鐘信號端，D觸發(fā)器的正相輸出端作為所述邏輯濾波電路的輸出端。這里反相器具體采用74LS14，D觸發(fā)器具體采用74LS74。本領域的技術人員也可以意識到，這里也可以使用GAL、CPLD、FPGA等邏輯門陣列器件實現(xiàn)此功能。將隔離整形后的信號S1、S2通過一個反相器和一個觸發(fā)器進行邏輯整形，當其中一個信號沒有電平翻轉(zhuǎn)時，無論另一個信號翻轉(zhuǎn)了多少次，都只有第一次翻轉(zhuǎn)有效，具體如圖10所示，這樣所有的非過零干擾都是無效的，可以被邏輯濾波完全濾除。至此，得到PT脈沖信號，通過該脈沖信號利用現(xiàn)有的測算方法即可得到發(fā)電機轉(zhuǎn)速。綜上所述，本發(fā)明的貢獻主要在于:PT測速裝置基于發(fā)電機組的現(xiàn)有PT信號，取消了儀表內(nèi)部小型隔離變壓器，使原始信號完全被收集采樣，不增加其他任何附加設施，可以對傳統(tǒng)儀表進行直接替換；本發(fā)明采用非線性的限幅手段，可以實現(xiàn)對小于0.7V的PT小信號沒有衰減；對超過0.7V以上的PT信號限制在0.7V，可保障后級電路穩(wěn)定可靠工作；本發(fā)明引入線性光耦器件，對限幅后PT信號進行光電隔離，由于線性光耦器件的有源反饋工作機制，輸入的微小信號都可以無損的傳遞到后級，且頻率響應下限擴展到直流范圍；此外采用數(shù)字電路，從邏輯上直接將信號上下半周中的毛刺和諧波濾除，從根本上濾除非過零的干擾。本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應被理解為本發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變 形和組合仍然在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種發(fā)電機PT測速裝置，具體包括:PT信號非線性限幅電路、線性光電隔離電路和邏輯濾波電路，其中，所述PT信號非線性限幅電路用于將PT信號的幅度限制在預先設定的閾值范圍之內(nèi)；所述線性光電隔離電路用于對限幅后PT信號進行光電隔離；所述邏輯濾波電路對光電隔離后的PT信號進行濾波處理，用于濾除非過零干擾信號，邏輯濾波電路輸出所述PT信號的脈沖信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電機PT測速裝置，其特征在于，所述PT信號非線性限幅電路具體包括:第一電阻、第一二極管和第二二極管，所述PT信號輸入至第一電阻的一端；第一二極管的陽極、第二二極管的陰極和第一電阻的另一端連接在一起作為所述PT信號非線性限幅電路的輸出端；第一二極管的陰極和第二二極管的陽極藕接至地電位。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的的發(fā)電機PT測速裝置，其特征在于，所述線性光電隔離電路具體包括:第一線性光耦器件、第二線性光耦器件、第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器、第五放大器、第六放大器、第三二極管、第四二極管、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、 第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻和第i^一電阻，其中，第二電阻的一端和第三電阻的一端連接在一起作為所述的線性光電隔離電路是輸入端，第二電阻的另一端與所述第一線性光耦器件的第三端子、第一放大器的負向輸入端和第三二極管的陰極連接在一起，第一線性光耦器件的第一端子通過第四電阻連接至第一放大器的輸出端及第三二極管的陽極；第一線性光耦器件的第二端子和第四端子以及第一放大器的正向輸入端藕接至地電位；第一線性光耦器件的第五端子和第六端子分別連接至第三放大器的正向輸入端和負向輸入端并且第一線性光耦器件的第六端子通過第六電阻連接至第三放大器的輸出端；第三放大器的正向輸入端藕接至地電位；第三電阻的另一端連接至第二線性光耦器件的第四端子及第二放大器的負向輸入端、第四二極管的陽極；第二線性光耦器件的第二端子通過第五電阻連接至第二放大器的輸出端和第四二極管的陰極；第二線性光耦器件的第一端子和第三端子以及第二放大器的正向輸入端藕接至地電位；第二線性光耦器件的第五端子和第六端子分別連接至第四放大器的正向輸入端和負向輸入端并且第二線性光耦器件的第六端子通過第七電阻連接至第四放大器的輸出端；第四放大器的正向輸入端藕接至地電位；第三放大器的輸出端與第五放大器的負向輸入端相連接；第五放大器的正向輸入端通過第八電阻連接至外部的第一基準電壓，并通過第十電阻連接至第五放大器的輸出端；第四放大器的輸出端與第六放大器的負向輸入端相連接；第六放大器的正向輸入端通過第九電阻連接至外部的第一基準電壓，并通過第十一電阻連接至第五放大器的輸出端；第五放大器的輸出端和第六放大器的輸出端分別作為所述線性光電隔離電路的第一輸出端和第二輸出端。
4.根據(jù)權利要求3所述的發(fā)電機PT測速裝置，其特征在于，所述的邏輯濾波電路包括一反相器和一 D觸發(fā)器，其中，所述D觸發(fā)器的直接置位端連接至所述線性光電隔離電路的第一輸出端；所述反相器的輸入端連接至所述線性光電隔離電路的第二輸出端；所述反相器的輸出端連接至所述D觸發(fā)器的時鐘信號端，所述D觸發(fā)器的D觸發(fā)端接地；所述D觸發(fā)器的正相輸出端作為所述邏輯濾波電路的輸出端。
5.根據(jù)權利要求2所述的發(fā)電機PT測速裝置，其特征在于，所述的線性光耦器件具體采用的是HCNR201。
6.根據(jù)權利要求2所述的發(fā)電機PT測速裝置，其特征在于，所述的第一基準電壓具體為 IOOm V。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)電機PT測速裝置，包括PT信號非線性限幅電路、線性光電隔離電路和邏輯濾波電路，其中，所述PT信號非線性限幅電路用于將PT信號的幅度限制在預先設定的閾值范圍之內(nèi)；所述線性光電隔離電路用于對限幅后PT信號進行光電隔離；所述邏輯濾波電路對光電隔離后的PT信號進行濾波處理，用于濾除非過零干擾信號，邏輯濾波電路輸出所述PT信號的脈沖信號。本發(fā)明的PT測速裝置基于發(fā)電機組的現(xiàn)有PT信號，取消了儀表內(nèi)部小型隔離變壓器，使原始信號完全被收集采樣，不增加其他任何附加設施，可以對傳統(tǒng)儀表進行直接替換。
文檔編號G01P3/486GK103217546SQ201310141008
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權日2013年4月22日
發(fā)明者湯華諾, 熊慧 申請人:成都諾新科技有限公司