基于dsp的多功能电参量测试仪的研制

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时间:2018-07-08

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1、基于DSP的多功能电参量测试仪的研制朱自科,李亚娟云南省计量测试技术研究院摘要:本文介绍了以TI(德州仪器)公司TMS320C31为核心的多功能电参量测试仪的研制,从硬件电路、系统构成及测试原理等方面对该仪表进行了较为详细的介绍、分析和讨论。关键词:数字信号处理(DSP);失真度;FFT;电参量ResearchontheBasicofMulti-functionalElectricParameterTesterofDSPZhuZike,LiYajuanYunnanTechnologicalResearchInstituteofMetr

2、ology&MeasurementAbstract:Thistexthasintroducedtheresearchofthetesterofmulti-functionalelectricparametertakingCompanyTMS320C31ofTI(Texasinstrument)asthecore,andmakeacomparativelydetailedinstruction,analysisanddiscussiontothisinstrumentfromhardwarecircuit,systemcompositi

3、on,testprinciple,etc.Keywords:Digitalsignalprocessing(DSP);Distortion;FastFouriertransformation;Electricparameter0、引言随着工业自动化水平的提高和国民经济的快速发展,各行业对电力系统供电质量的要求越来越高。同时电力系统的污染现象也日趋严重,特别是各种非线性设备的广泛应用,如各种电弧炉、大容量调速电机、电气化铁道、电力整流设备等,使得电网中的电压、电流波形发生畸变,造成电能质量的严重恶化,甚至发生因谐波干扰而引发的安全事故;

4、如造成电力系统的继电保护和自动装置产生误动或拒动,使各种电气设备产生附加损耗和发热等。因此,现代工业对电网质量的监测提出了更高的要求。针对电力系统的要求,我们研制了以DSP芯片TMS320C31为核心的多功能电参量测试仪,它实时提供了电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率等电参量的测量,而且能对电力谐波、失真度等进行监测和分析,为电力部门的监测和管理带来了极大的方便。1、硬件组成及测试方法多功能电参量测试仪硬件原理框图如图1所示6图1硬件电路原理框图它主要由输入转换电路、增益放大电路、A/D转换电路、数据处理电路(DSP)、微

5、机控制电路、键盘/显示电路、通讯接口电路等组成。为了保证测量的准确性和实时性,我们采取了计算机控制、DSP整周期采样计算的技术;其方法是通过DSP系统对A相电压的各次采样值进行逐点判断5次过零点数,以确保每次测量都是从波形的零点开始采样,到一个整周期时结束,这就使得采到的数据为一个整周期内的数据,以此保证了测量精度,并使得截尾误差减至最小(实际测量时,可忽略不计)。并利用TMS320C3132位浮点数的快速乘法、累加功能,一次乘法累加运算可在50nS内完成,确保了实时测量时的时间需求。这样,就能实时、准确地反映出被测量的值。2、各电参

6、量的测量原理由于TMS320C31具有单机器周期内(50nS)可进行一次32位浮点数乘法或累加的功能,并具有数据并行处理的哈佛结构(即一个机器周期内可处理两条指令),这样就可很方便、及时地完成各种电参量的运算。根据电路原理,各电参量值可分列如下:………………(1)………………(2)………………(3)式中,Ursm、Irsm——电压、电流有效值T——测量周期u(t)、i(t)——电压、电流瞬时值如果对输入信号A/D在一个周期内进行n次采样,电压、电流离散值分别为u(n)、i(n),则根据(1)、(2)、(3)式可得离散后的计算公式如下:

7、6………………(4)………………(5)………………(6)而视在功率………………(7)则无功功率………………(8)………………(9)据上所述,由于TMS320C31具有快速的乘、累加功能,所以在多功能电参量测试仪可很轻易地完成以上的运算。在频率计算中,由于取数时我们采取了整周期采样原理,其频率测量则可按下式计算:…………(10)式中,A/D采样周期为常数,过零计数器值和采样计数器值是根据测量时间的不同而变化的。由于过零计数值是代表测量时间内测量了几个正弦波的周期,因此过零也是不存误差的,其产生误差来源主要是采样计数器的的截尾误差。据以上

8、所述,每次测量结束时,需进行5次过零判断,所以其所引进的截尾误差为。在该测试仪中,A/D每秒采样8万次,周期为12.5uS,则其截尾误差为。因此,其频率测量精度可达0.01%以上。3、谐波、失真度的测量我们研制的电参量测

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