[发明专利]一种用于发电机组测试的高频检测与采样系统

权利要求书

1.一种用于发电机组测试的高频检测与采样系统，其特征在于，包括多级互感检测模块和多通道A/D采样及处理模块；

多级互感检测模块包括发电机组G、第一熔断电阻器F1、第二熔断电阻器F2、第三熔断电阻器F3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第一互感器L1、第二互感器L2、第三互感器L3、第四互感器L4、第五互感器L5、第六互感器L6、第七互感器L7、第八互感器L8、第九互感器L9、第十互感器L10、第十一互感器L11、第十二互感器L12、第一电压检测接入点、第二电压检测接入点、第三电压检测接入点、第四电压检测接入点、第五电压检测接入点和第六电压检测接入点；

发电机组G包括U相电路、V相电路、W相电路和N相线路；

第一熔断电阻器F1的一端连接发电机组G的U相电路，第一熔断电阻器F1的另一端与第一互感器L1的线圈L1-1的一端相连，第一互感器L1的线圈L1-1的另一端连接发电机组G的N相线路；第一互感器L1的线圈L1-2的一端连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端与第四互感器L4的线圈L4-1的一端相连，第四互感器L4的线圈L4-1的另一端连接与第一互感器L1的线圈L1-2的另一端相连，第一互感器L1的线圈L1-2、第一电阻R1和第四互感器L4的线圈L4-1形成闭合回路；第四互感器L4的线圈L4-2的一端接地，第二电阻R2的一端连接第四互感器L4的线圈L4-2的另一端和第一电压检测接入点，第二电阻R2的另一端接地；

第二熔断电阻器F2的一端连接发电机组G的V相电路，第二熔断电阻器F2的另一端与第二互感器L2的线圈L2-1的一端相连，第二互感器L2的线圈L2-1的另一端连接发电机组G的N相线路；第二互感器L2的线圈L2-2的一端连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端与第五互感器L5的线圈L5-1的一端相连，第五互感器L5的线圈L5-1的另一端与第二互感器L2的线圈L2-2的另一端相连，第二互感器L2的线圈L2-2、第三电阻R3和第五互感器L5的线圈L5-1形成闭合回路；第五互感器L5的线圈L5-2的一端接地，第四电阻R4的一端连接第五互感器L5的线圈L5-2的另一端和第二电压检测接入点，第四电阻R4的另一端接地；

第三熔断电阻器F3的一端连接发电机组G的W相电路，第三熔断电阻器F3的另一端与第三互感器L3的线圈L3-1的一端相连，第三互感器L3的线圈L3-1的另一端连接发电机组G的N相线路；第三互感器L3的线圈L3-2的一端连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端与第六互感器L6的线圈L6-1的一端相连，第六互感器L6的线圈L6-1的另一端与第三互感器L3的线圈L3-2的另一端相连，第三互感器L3的线圈L3-2、第五电阻R5和第六互感器L6的线圈L6-1形成闭合回路；第六互感器L6的线圈L6-2的一端接地，第六电阻R6的一端连接第六互感器L6的线圈L6-2的另一端和第三电压检测接入点，第六电阻R6的另一端接地；

第七互感器L7通过铁芯与发电机组G的W相电路形成互感电路，第七互感器L7两端直接相接形成闭合回路，第十互感器L10通过铁芯与该闭合回路形成互感电路；第十互感器L10的一端接地，第十互感器L10的另一端连接第九电阻R9的一端，第九电阻R9的另一端接地，第十互感器L10和第九电阻R9形成闭合回路，第九电阻R9的一端还连接第四电压检测接入点；

第八互感器L8通过铁芯与发电机组G的V相电路形成互感电路，第八互感器L8两端直接相接形成闭合回路，第十一互感器L11通过铁芯与该闭合回路形成互感电路；第十一互感器L11的一端接地，第十一互感器L11的另一端连接第八电阻R8的一端，第八电阻R8的另一端接地，第十一互感器L11和第八电阻R8形成闭合回路，第八电阻R8的一端还连接第五电压检测接入点；

第九互感器L9通过铁芯与发电机组G的U相电路形成互感电路，第九互感器L9两端直接相接形成闭合回路，第十二互感器L12通过铁芯与该闭合回路形成互感电路；第十二互感器L12的一端接地，第十二互感器L12的另一端连接第七电阻R7的一端，第七电阻R7的另一端接地，第十二互感器L12和第七电阻R7形成闭合回路，第七电阻R7的一端还连接第六电压检测接入点；

U相电压经过第一互感器L1的一级互感作用以及第四互感器L4的二级互感作用，将电压转化为能被A/D转化器所能检测的标准电压，然后通过第一电压检测接入点将交流电压信号u1(t)传送至多通道A/D采样电路；

V相电压经过第二互感器L2的一级互感作用以及第五互感器L5的二级互感作用，将电压转化为能被A/D转化器所能检测的标准电压，然后通过第二电压检测接入点将交流电压信号u2(t)传送至多通道A/D采样电路；

W相电压经过第三互感器L3的一级互感作用以及第六互感器L6的二级互感作用，将电压转化为能被A/D转化器所能检测的标准电压，然后通过第三电压检测接入点将交流电压信号u3(t)传送至多通道A/D采样电路；

U相电流经过第九互感器L9的一级互感作用以及第十二互感器L12的二级互感作用，从大电流交流电转化为小电流交流电，电流经过第七电阻R7转化为能被A/D转换器所能检测的标准电压，然后通过第六电压检测接入点将电压信号u6(t)传送至多通道A/D采样电路；

V相电流经过第八互感器L8的一级互感作用以及第十一互感器L11的二级互感作用，从大电流交流电转化为小电流交流电，电流经过第八电阻R8转化为能被A/D转换器所能检测的标准电压，然后通过第五电压检测接入点将电压信号u5(t)传送至多通道A/D采样电路；

W相电流经过第七互感器L7的一级互感作用以及第十互感器L10的二级互感作用，从大电流交流电转化为小电流交流电，电流经过第九电阻R9转化为能被A/D转换器所能检测的标准电压，然后通过第四电压检测接入点将电压信号u4(t)传送至多通道A/D采样电路；

多通道A/D采样及处理模块包括第一A/D转换器组、第二A/D转换器组、第三A/D转换器组、第四A/D转换器组、第五A/D转换器组、第六A/D转换器组和FPGA；所述的A/D转换器组包括N个A/D转换器分别对应N个通道；

第一A/D转换器组中的N个A/D转换器的输入端连接多级互感电路中的第一电压检测接入点，N个A/D转换器的输出端连接FPGA的第一多通道采集引脚，N个A/D转换器的时序端口连接FPGA的时序控制模块；

第二A/D转换器组中的N个A/D转换器的输入端连接多级互感电路中的第二电压检测接入点，N个A/D转换器的输出端连接FPGA的第二多通道采集引脚，N个A/D转换器的时序端口连接FPGA的时序控制模块；

第三A/D转换器组中的N个A/D转换器的输入端连接多级互感电路中的第三电压检测接入点，N个A/D转换器的输出端连接FPGA的第三多通道采集引脚，N个A/D转换器的时序端口连接FPGA的时序控制模块；

第四A/D转换器组中的N个A/D转换器的输入端连接多级互感电路中的第四电压检测接入点，N个A/D转换器的输出端连接FPGA的第四多通道采集引脚，N个A/D转换器的时序端口连接FPGA的时序控制模块；

第五A/D转换器组中的N个A/D转换器的输入端连接多级互感电路中的第五电压检测接入点，N个A/D转换器的输出端连接FPGA的第五多通道采集引脚，N个A/D转换器的时序端口连接FPGA的时序控制模块；

第六A/D转换器组中的N个A/D转换器的输入端连接多级互感电路中的第六电压检测接入点，N个A/D转换器的输出端连接FPGA的第六多通道采集引脚，N个A/D转换器的时序端口连接FPGA的时序控制模块；

FPGA通过数据总线连接上位机。

2.根据权利要求1所述的种用于发电机组测试的高频检测与采样系统，其特征在于，每组A/D转换器组中的N个A/D转换器检测同一个电压信号，如第一A/D转换器组中的N个A/D转换器检测第一电压检测接入点的电压信号u1(t),使用FPGA控制N个A/D转换器的工作使能以及A/D转换器之间的采样间隔，实现差时采样；假设通道一的A/D转换器采样得到的信号为u1(t1),第二个采样通道A/D转换器采样得到的信号为u1(t1+T)...以此类推第k+1个采样通道的A/D转换器采样得到的信号为u1(t1+kT)，其中k+1≤N,T为FPGA控制的A/D转换器的间隔时间，在原本的单通道A/D转换器采样信号u(t1),u(t2)...u(tN)中每两个采样信号之间增加了k个采样信号u(ti+T),u(ti+2T)...u(ti+kT)(i＝1,2,...,N-1)，以差时采样的方式实现了单个A/D采样率的k倍提升；同时使用FPGA控制A/D转换器的工作使能，改变采样点个数实现采样率的1～k倍可调；

FPGA将多通道A/D采样电路采集到的数据进行数据分析，在FPGA内部对多通道A/D采样电路采集到的数据使用FFT快速傅立叶变换算法进行处理，对发电机组产生的交流电进行谐波分析，得到基波频率以及各相的相位差；最后通过FPGA自带的通讯模块将电流、电压、频率和相位信息传送给上位机软件对检测结果进行评判。