专利名称:数字式功率因数表的制作方法
本实用新型属于一种电工测试仪表，特别是用于电网功率因数值测试的仪表。
电网功率因数的测试，目前一般采用的技术为电动系指针式仪表。随着现代技术的发展，该已知技术存在以下不足1、由于没有数字输出信号，无法与数字控制系统接口，限制了在现代控制技术中的应用。2、由于为指针式结构，测试精度低，一般为2.5级，高精度只能达到1级，即最大相对误差为1％。3、由于为电动式仪表结构，所以测试量限窄，一般为0.5－1－0.5。
本实用新型的目的，在于提供一种具有数字输出接口，能够显示即时值、平均值的数字式功率因数表。
本实用新型是这样实现的使用大规模集成电路件组成一个运算处理环节，对从电路经变换而来的电流、电压方波信号进行功率因数角检测。根据模式选择环节予定的工作模式进行数字处理，得到电路功率因数值送往显示器数字显示。同时，该功率因数值也送往备用输出接口，以备需要时直接与数字控制系统连接。
图1表示本实用新型的电路原理框图。其中包括信号变换环节〔1〕，模式选择环节〔2〕，运算处理环节〔3〕，锁存译码驱动环节〔4〕，数字显示器〔5〕，数字输出接口〔6〕。从被测电路来的电压电流实时信号Usr、Isr输入信号变换环节〔1〕，信号变换环节〔1〕将之变换为两路方波信号，过电压保护和欠电流指示的电平信号，这四路信号一同送给运算处理环节〔3〕，运算处理环节〔3〕检测电压、电流方波信号的前沿或后沿差，即得到电压、电流信号之间的相位差φ，模式选择环节〔2〕予定的测试内容、相位差单位、测试相数、显示时间和功率因数的即时值／平均值选择，也同时送到运算处理环节〔3〕，运算处理环节〔3〕根据以上的工作模式，完成予定的运算处理后，向锁存译码驱动环节〔4〕和数字输出接口〔6〕输出功率因数值的数字编码信号，锁存译码驱动环节〔4〕向数字显示器〔5〕送出数字显示信号，数字显示器〔5〕显示功率因数值。
其中运算处理环节〔3〕可用各种数字逻辑器件组成。例如微处理器EPROM、单片微型计算机。运算处理环节包括以下数字处理功能(1)根据模式选择环节输入的编码，自动选择工作模式，对输出与显示值进行相应的转换。
(2)相位差的分时采样、校零、单位换算、功率因数值的计算。
(3)迭加平均与二次加权平均处理。
模式选择环节由八位按键开关组成。包含以下工作模式(1)测试内容选择功率因数／功率因数角测量。
(2)功率因数角单位选择百分度／度／弧度。
(3)输出、显示值选择即时值／平均值。
(4)相数选择三相／单相。
(5)显示时间选择四档。
通常，本实用新型用作三相功率因数表。从被测电路来的两路交流信号Usr、Isr分别由Ac相电压信号和B相电流信号组成，显示值即为三相电网功率因数值。
本实用新型也可用作单相功率因数表。这时，从被测电路来的两路交流信号Usr、Isr则由被测相的电压信号和电流信号组成。显示值即为该相功率因数值。
使用本实用新型，与已往技术相比，有以下优点(1)测试精度提高，功率因数测试精度通常为0.1％。
(2)测试量限变宽功率因数值为0.001－1－0.001。
(3)应用范围广泛由于精度提高，能用在实验室作标准表，由于成本不高，可用于变配电室作开关板用表；又由于具有数字输出接口，可方便的用在各种数字控制系统中。
(4)本实用新型具有多种用途只要接入被测信号，通过模式选择按钮予定工作模式，就可测量两路相同频率周期信号之间的相位差，例如功率因数角，也可测另两路单脉冲信号的时间间隔，或者测量一路单脉冲信号的宽度。
图2表示本实用新型一个实施例的电路原理框图。其中信号变换环节〔1〕由单片四电压比较器139为核心器件组成，模式选择环节〔2〕由8位按键开关组成，运算处理环节〔3〕由单片微型计算机MCS－48组成，锁存译码驱动环节〔4〕由四只锁存译码驱动器4511组成，数字显示器〔5〕由四只LED数码管组成，输入的两路交流信号Usr、Isr送入单片四电压比较器139，经139变换后送出的两路方波信号与两路电平信号同时送入单片微型计算机MCS－48，MCS－48经运算处理后的功率因数值编码信号，同时送到数字输出接口和四只锁存译码驱动器4511，4511译码后的七段显示信号送到四只数码管作数字显示。
图3表示实施例中信号变换环节原理图。其中(a)为电压信号的方波转换电路，(b)为电流信号的方波转换电路，(c)为过电压保护信号变换电路，(d)为欠电流信号变换电路。
(a)由四电压比较器139中的一只比较器与电阻1R1－1R3和二极管D1共同组成零交探测器，输入信号Usr，输出电压方波信号。
(b)与(a)的组成完全相同。输入信号Isr，输出电流方波信号。
(c)过电压保护电路由二极管D3、电位器W1和电容C1、C2组成整流滤波电路，电阻1R15－1R18和139中的一个比较器组成迟滞电压比较器电路。输入Usr，正常情况下，输出高电平；过电压时，输出低电平。
(d)与(c)电路组成基本相似，输入Isr，正常情况下，输出高电平，欠电流时，输出低电平。
图4表示实施例中显示电路原理图。其中(a)为最高位显示电路，(b)为第二位显示电路，(c)为第三位显示电路，(d)为最低位显示电路，(e)为“单位、符号”显示电路。
(a)电路由一只七段显示锁存译码驱动器4511、电阻4R1－4R7与一只数码管组成，输入信号DB0－DB3为二一十进制的编码信号，显示最高位数字信号，4511的锁存由脉冲信号CL1控制。
(b)、(c)、(d)电路与(a)电路组成完全相同，分别由数码管D、DⅠ、DⅡ显示第二位、第三位和最低位数字信号。
(e)电路由驱动器75462与两只发光二极管D5、D6组成，若作功率因数表时，D5亮，表示超前功率因数；D6亮表示为滞后功率因数；若作为相位表时，D5亮表示百分度，D6亮表示为度，D5、D6同时亮表示为弧度，若作为毫秒表时，D5亮表示us，D6亮表示ms，D5、D6同时亮表示为秒。
本实用新型的实施例在图2输入端输入信号Usr、Isr，附图3的输入端也输入Usr、Isr，(a)电路和(b)电路两路方波信号输出连接到单片机MCS－48的T1与INT端，(c)电路(b)电路的输出电平信号连接到MCS－48的I／O端口，模式选择开关也和MCS－48的I／O端口相连接。
从单片机MCS－48的I／O端口送出的数字编码信号DB0－DB7与附图4的输入端DB0－DB7相连接，同时把从MCS－48I／O端口送出的锁存脉冲信号分别与附图4中的CL1、CL2连接。
如上述连接电路完毕，并调试好所有运算处理程序，将其代码固化单片机MCS－48的EPROM中，即可用来测试功率因数。
权利要求
1.一种数字式功率因数表，其特征在于该表电路结构由信号变换环节[1]、模式选择环节[2]、运算处理环节[3]、锁存译码驱动环节[4]、数字显示器[5]和数字输出接口[6]组成，从被测电路来的电压、电流信号输入信号变换环节[1]，信号变换环节[1]将之变换为两路方波信号、过电压保护和欠电流指示电平信号，这四路信号一同送给运算处理环节[3]，运算处理环节[3]根据模式选择环节[2]予定的即时值/平均值选择、三相/单相选择、显示时间选择。对输入信号进行予定的运算处理后，向锁存译码驱动环节[4]和输出接口[6]输出功率因数值的数字编码信号。锁存译码驱动环节[4]向数字显示器[5]送出数字显示信号，数字显示器[5]显示功率因数值。
2.根据权利要求
1所述的功率因数表，其特征在于运算处理环节〔3〕是以单片微型计算机为核心器件组成。
3.根据权利要求
1或2所述的功率因数表，其特征在于信号变换环节〔1〕由两路零交探测器和两路迟滞比较器电路组成。
专利摘要
一种数字式功率因数表。由信号变换环节、模式选择环节、运算处理环节、锁存译码驱动环节、数字显示器和数字输出接口组成。精度达0.1％，量限为0.001-1-0.001。用于功率因数、功率因数角的测试和数字控制系统。既可作为功率因数计量标准，也可作为面板表用。
文档编号G01R21/00GK86202216SQ86202216
公开日1987年9月16日 申请日期1986年4月17日
发明者齐长远 申请人:陕西省长安县前进电器厂导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan