程控电度表校验台用PWM电源的研究

摘要:本文对程控电度表校验台用PWM电源进行设计,提出了整体硬件设计方案。并采用直接数字波合成技术,可产生宽带正交信号及其他多种调制信号、可编程和全数字化、控制灵活方便等方面,并具有极高的性价比,并采用电磁兼容措施来提高系统的电磁兼容。

Abstract: Programmable Meter Tester with PWM power supply design raised the overall hardware design. Direct digital wave synthesis can produce a variety of broadband quadrature modulation signals and other signals, programmable and fully digital, flexible control. It is so convenient, and highly cost-effective, and the use of electromagnetic compatibility measures is adopted to improve the system electromagnetic compatibility.

关键词:程控电度表校验台;PWM电源;电磁兼容

Key words: program-controlled checker of electric meter;PWM standard power supply;EMC

中图分类号:TM71 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)21-0223-01

0引言

我国的电度表产销量世界第一,但作为电度表生产重要环节之一的电度表校验水平却明显跟不上发展,虽然国内已有厂家开始生产电子式校验台,研发的重点都放在电度表校验自动化和高精度程控信号源设计两项技术上,但因程控电源均采用线性功放,而线性电源又因功放原理限制,其输出效率低、输出功率小不适应大批量的生产线。国外产品也只有德国EMH的全自动电度表校验台进入了我国,因采用PWM程控功率电源,其输出功率大,输出效率高,完全适应电度表生产线,但因价格太高,因此一直无法推广。

1程控电度表校验台用PWM电源总体设计方案

三相程控电度表校验台用PWM电源的原理图如图1所示,由信号发生器、PWM功放、输出变压(变流)器、滤波器、电压(电流)互感器、反馈网络、PC及控制中心、仪用接口、面板显示、键盘等组成。

1.1 信号发生器信号发生器原理框图如图2所示,它采用直接数字波合成技术,产生可程控调幅、调相、调频的三相正弦信号(六路并含直流基准)输出。

直接数字波合成技术工作原理是由代表时间的电子计数器同波形存储器的地址相连,波形存储器各单元中存放对应的波形函数值,当计数器工作时,可从波形存储器中依次取出对应的函数值,再经过波形合成器便可在其输出端得到所需的波形。

1.2 滤波器的设计由于PWM输出是经脉宽调制的方波,其谐波分量非常丰富,要得到一定精度的正弦波就需要对输出方波加以滤波。因此采用二阶滤波器实现滤波功能。

1.3 高精度互感器互感器是能按比例的变换被测交流电压或电流的仪器。其中,变换交流电压的称为电压互感器,变换交流电流的称为电流互感器。在测量中,采用互感器变换量限,与采用分流器和附加电阻变换量限比较起来,具有以下优点:降低仪表功耗、隔离高压可以做到一表多用、节约设备费用。因脉宽调制功放带有很大的波形失真因此加入了采样互感器和反馈网络,用以提高幅值和相位稳定度,减少负载响应,更重要的是减少波形失真。

1.4 PC机控制中心这部分是程控电源独有的。它的主要任务有两个:一是内附控制,包括产生何种波形、调频、调相、调幅控制、量程转换、自诊与自保护、工作过程控制及测量和数据处理等。二是通过仪用接口联网,由系统PC控制工作,这是构成全自动校验台的关键所在。本方案中采用多CPU协同工作方式,主CPU负责整机的控制及数据处理、通讯,另有1个CPU负责测量工作,其它6个CPU分别负责控制所在机箱的控制及数据处理。

1.5 测量电路测量单元是从输出端测量电压、电流、相位、频率等,一方面用于电源显示,更重要的是用于反馈,PC根据测量结果进行反馈控制及调整,并和硬件一起构成软硬件复合反馈网络。另外提高测量准确度,并完善校准方法,即可构成标准电源。

1.6 自诊和自保护保护是测试电源的重要环节。电源工作经常因为操作错误等造成过载、短路、开路,直流开关和PWM本身均设有自动硬件保护。同时还采用了软硬件复合保护,经保护采样电路把报警信号送入PC及控制中心,经处理后,PC及控制中心控制切断直流电源,同时发出报警信息。

2PWM电源系统的电磁干扰

在电度表校验三项程控标准源系统中存在着许许多多的干扰源。该系统是个强弱电并存的系统,对弱电系统部分来说,有强电部分的谐波辐射和经过信号线等的耦合噪声、系统供电的开关电源噪声、由于分布参数等引起的反射、接地噪声、三相交流电输入耦合噪声等等。对轻弱电混合的系统而言,由于PWM信号谐波噪声、功率器件切换引起的。一方面,在电感上产生很大的尖峰电压,叠加在开关器件两端,严重威胁开关器件的安全,另一方面,由于分布电感和电容的耦合作用,功率电路的尖峰电压、尖峰电流耦合到PWM系统控制电路等,使控制电路等产生误动作。此外,还有变压器的非线性(有类似混频功能)产生谐波噪声耦合。

3结束语

程控电度表校验台用PWM电源的稳定性对电度表的准确度有直接的影响。该方案的优点是结构简单,且直流电源由V市电直接整流滤波得到,大幅度降低了成本,提高了可靠性。

推荐访问： 电度表 校验 电源 研究 PWM

---