专利名称:智能化功率因数测试表的制作方法
用于测量和显示交流电网上电阻、电感和电容性负载的功率因数，附有三相相序测试器，为电工测量仪表。还能输出对应于功率因数值的数字信号，便于构成功率因数自动控制系统，作为调节指示仪表。
现有的功率因数测试表是一种电工测量仪表。采用电动或电磁式流比计结构。分单、三相两种。测量时，电网的频率要符合50HZ，且测试精度不高。为保证电压和电流之间同相位关系，测试端必须按“＊”号接线。三相的，要先用其它测试仪器测出三相电网的相序，再按相序接线。不具备输出功率因数信号的功能。在常用负载的测量和控制中，没有得到广泛的应用。与日益迫切的节电要求，已不相适应。参阅《电工手册》，上海科学技术出版社，第一千五百二十六页。《实用电工手册》下册，江西人民出版社，第一千五百二十二页。
发明本实用新型的任务是提供一种功率因数测试表。其测试端不必按“＊”号接线，单相、三相通用，测量精度高，并且不受电网频率变化的影响，能与功率因数自动控制系统配套使用。
解决任务的方案是采用模拟电路测量负载的电压和电流，以微型计算机为信号处理中心，构成配有显示器，并能输出功率因数信号的智能化仪表。依据上述方案制成的实用新型，由电压检测器〔1〕，电流检测器〔2〕，微型计算机系统〔3〕，显示器〔4〕和电源〔5〕构成。用电压检测器〔1〕测量负载的电压过零点；用电流检测器〔2〕测量负载的电流过零点，并将电压过零信号和电流过零信号都送至微型计算机系统〔3〕。微型计算机系统〔3〕用定时器计数两次电压过零点之间的时间，通过软件进行运算，将定时器数转化成电网的频率。并在需要时，送至显示器〔4〕，显示电网的频率。微型计算机系统〔3〕还用定时器计数电压过零点和电流过零点之间的时间，使用软件判断负载的感性或容性；确定电压和电流之间的同相位关系；选择单、三相不同的处理方法。再根据已测得的电网频率、电压过零点和电流过零点之间时间所对应的定时器数，用软件得到负载的功率因数值，把功率因数值和负载的性质送至显示器〔4〕，同时进行显示；又根据功率因数值，使用软件，得到与其对应的数字信号，由功率因数信号输出口对外输出。电源〔5〕为各测量工作部分提供必要的能源。
本实用新型与现有技术比较，有下列优点采用微型计算机，利用计算的方法而不是电磁模拟的方法测量功率因数，消除了电网频率对测量的影响，增加了单、三相通用，测试端不必按“＊”号接线的功能。由于微型计算机系统的定时器精度高而提高了测试精度。能够明确显示负载的性质和功率因数，对于检查电器产品的质量，用电负载的工作效率，确定功率因数补偿元件的数值，都有价值，还能够输出对应于功率因数值的数字信号，为构成功率因数自动补偿系统提供了方便的条件，利于节约电能的推广。
本实用新型的进一步改进是增加了相序检测器〔6〕，与微型计算机系统〔3〕，显示器〔4〕，电源〔5〕，构成附加的相序测试器。用相序检测器〔6〕测量三相电网的电压过零信号，送至微型计算机系统〔3〕，使用软件判断相序，再送至显示器〔4〕，显示电网的相序。以保证在不知相序的情况下，测试接线的正确。
图1和图2是本实用新型的一个实施例。电压检测器〔1〕，在此由变压器T1，保险丝X，开关K1，电阻R1、R2，集成运算放大器F1构成。负载电压通过K1、X，至T1的降压传输，经过R1、R2、F1组成的电压比较器，检测出电压过零信号。电流检测器〔2〕，在此由电流互感器T2，开关K2，电阻R3～R11，集成运算放大器F2、F3构成。流过负载的电流，通过电流互感器T2，转换为对应的电压信号，经过K2、R3～R5组成的量程扩大器，送至F2R6～R9组成的电压放大器，得到放大的对应电压信号，再送至F3、R10、R11组成的电压比较器，检测出负载的电流过零信号。其中T2不串接在被测电路中，使用活动的形式，以减少测试接线的数量，带来能在负载运行时接入测量的便利。K2、R3～R5扩大电流量程，增加了常用负载的通用性。另外，T2、K2、R3～R5可以用钳形电表代替，只需从钳表内电流互感器线圈的两端引出信号，这样制造容易，使用方便，并可用于间接测量负载的功率。微型计算机系统〔3〕，在此由接口芯片P1，锁存器P2，触发器P3，存贮器ST，单片微型计算机DL，电阻R12～R18，电容C1～C5，晶体振荡器L，开关K3～K6构成。由电压检测器〔1〕测得的电压过零信号和电流检测器〔2〕测得的电流过零信号，分别经过C1、R12、D1、R13和C2、R14、D2、R15组成的微分检波电路，都送至接口芯片P1及配用电阻R16、R17；由P1再送至单片微型计算机DL，DL与P2，ST、R18、C3～C5、K3～K6组合，进行运算和判断后，将负载的性质和功率因数值送至显示器〔4〕；将对应于功率因数值的数字信号Q0～Q3由触发器P3对外输出。其中K3为频率和功率因数与三相相序转换开关，K4为单相与三相三线转换开关，K5为复位开关，K6为频率显示开关。集成块接线是外部联系导线，两线之间的点号是多股并联导线联接。微型计算机系统〔3〕，在此使用单片微型计算机，可以减小体积，降低成本。显示器〔4〕，在此由驱动器P4，发光二极管显示器LED，电阻R19～R26构成。接收到计算机系统〔3〕送来的信号后，由P4进行功率驱动，R19～R26限流降压，显示器显示负载的性质和功率因数值。如果开关K6在需要显示频率位置，则显示电网的频率。如果开关K3在三相相序位置，则显示电网输入线的相序。电源〔5〕，在此由变压器T1，保险丝X，开关K1，电阻R27，电容C6、C7，二极管D3～D7，集成稳压器W构成。交流电网的电压经过T1的降压，送至D3～D6组成的桥式整流器，变为带纹波的直流电压，再经过电容C6的滤波器和W的稳压，得到VCC为电源正输出端的直流电压。R27、D7组成电源正常工作指示器。C7滤除电源干扰。
图3是相序检测器〔6〕的实施例。在此由电阻R28～R31，双光耦合器M1、M2构成。三相交流电网的电压分别经过R28、R30的降压，通过M1、M2，转变为三相电压的过零信号，再送至图2的微型计算机系统〔3〕、显示器〔4〕，进行判断和显示电网的相序。
图4是图1、图2所述实施例在三相三线测量时与现有技术的对比。图左为现有技术，图右为实用新型的实施例。
图5是图1、图2所述实施例在间接测量三相对称负载的功率时与现有技术的对比。图左为现有技术，P＝P1＋P2。图右为实用新型的实施例，P＝3]]>VAcosφ。
图6是本实用新型解决任务方案的结构框图。〔1〕电压检测器，〔2〕电流检测器，〔3〕微型计算机系统，〔4〕显示器，〔5〕电源，〔6〕相序检测器。虚线为进一步改进所增加的内容。Q为功率因数信号输出。
图1和图2所述实施例是实现本实用新型的一种较好方式。但对于熟悉本专业的技术人员，只要依据本实用新型的构思，按图6的结构，参照结构中每一部分的功用，则不必限于图1和图2的具体电路，使用公知的各种相关技术，都能完成本实用新型的任务。
权利要求
1.一种功率因数测试表，包括供电电源[5]、显示器[4]，其特征在于，电压检测器[1]和电流检测器[2]作为信号检测器，还包括一个相序检测器[6]和计算机系统[3]。
2.根据权利要求
1所述的电压检测器〔1〕，其特征在于，它包括有变压器T1，开关K1，电阻R1、R2和集成运算放大器F1组成的电压比较器。
3.根据权利要求
1所述的电流检测器〔2〕，其特征在于，它包括有电流互感器T2，开关K2和电阻R3－R5组成的量程扩大器，电阻R6－R9和集成运算放大器F2组成的电压放大器，电阻R10、R11和集成运算放大器F3组成的电压比较器。
4.根据权利要求
1所述的相序检测器〔6〕，其特征在于，包括有电阻R28－R31，双光耦合器M1、M2。
5.根据权利要求
1所述的计算机系统〔3〕，其特征在于，它包括有电阻R12－R18，电容C1－C5，晶体振荡器L，开关K3－K6，二极管D1、D2，接口芯片P1，锁存器P2，触发器P3，存贮器ST，单片微型计算机DL。
专利摘要
本实用新型用于测量交流电网上电阻、电感和电容性负载的功率因数。现有的仪表自身不能测试相序和频率，测试量程非线性，不适用于功率因数自动控制。本实用新型具有相序和频率测试器，能保障功率因数测量的准确性。采用模拟电路和可移动的感应线圈检测负载的电压和电流；用微型计算机进行相位补偿使单、三相通用，测试不必按“*”号接线。输出对应于功率因数值的数字信号，便于构成功率因数自动控制系统。
文档编号G01R21/00GK87202610SQ87202610
公开日1988年6月22日 申请日期1987年2月20日
发明者吕军, 吕箭 申请人:吕军, 吕箭导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan