DSP多功能电参量测试仪研制.docVIP

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 Research on the Basic of Multi-functional Electric Parameter Tester of DSP Zhu Zike , Li Yajuan Yunnan Technological Research Institute of Metrology Measurement Abstract: This text has introduced the research of the tester of multi-functional electric parameter taking Company TMS320C31 of TI (Texas instrument) as the core, and make a comparatively detailed instruction, analysis and discussion to this instrument from hardware circuit , system composition, test principle, etc. Key words: Digital signal processing(DSP)；Distortion；Fast Fourier transformation；Electric parameter 0、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；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 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TMS320C31 32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： ………………（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