实现电流直流偶次谐波、次谐波、奇次谐波的装置和方法

摘要

本发明公开了一种实现电流直流偶次谐波、次谐波、奇次谐波的装置，包括有电流源和电流谐波转换器，所述的电流谐波转换器包括第一路电子开关和第二路电子开关和触发信号控制单元，所述的电流源输出正弦波信号，一路信号通过第一路电子开关，另一路信号通过第二路电子开关，所述的第一路电子开关和第二路电子开关的控制端分别与触发信号控制单元的两个信号输出端连接，触发信号控制单元分别控制两个电子开关在不同位置上进行导通或关断。产生谐波的效果好，满足国标GB/T17215.321-2008（12级静止式有功电能表）对电流直流偶次谐波，次谐波，奇次谐波波形的要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种产生电流谐波的装置，尤其涉及一种实现电流的直流偶次谐波、次谐波、奇次谐波的装置和方法。

背景技术

目前，由于大量的非线性用电设备的增加，在电网中产生大量的谐波，谐波对电能表的影响越来越受到人们的重视，所以近年来国家标准就提出了电流谐波对电能表的误差影响量的一种检定试验方法，这就要求电能表实验装置的电源能够产生电流谐波。按照国标GB/T17215.321-2008的要求，实现直流偶次谐波，次谐波，奇次谐波这三种谐波。

按照这三种谐波波形的要求，实现方法可从信号源中产生这三种谐波的波形，经功率放大输出，但现在的放大器由于瞬态响应不足，跟随能力不强，造成输出波形畸变，尤其是奇次谐波更显不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现电流直流偶次谐波、次谐波、奇次谐波的装置和方法，谐波波形好，谐波含量准确，使用方便。

本发明采用下述技术方案：一种实现电流直流偶次谐波、次谐波、奇次谐波的装置，包括有电流源和电流谐波转换器， 所述的电流谐波转换器包括第一路电子开关和第二路电子开关和触发信号控制单元，所述的电流源输出正弦波信号，一路信号通过第一路电子开关，另一路信号通过第二路电子开关，所述的第一路电子开关和第二路电子开关的控制端分别与触发信号控制单元的两个信号输出端连接，所述的第一路电子开关的两端输出的即为直流偶次谐波、次谐波或奇次谐波。

所述的第二路电子开关的两端连接有平衡电阻。

一种实现电流直流偶次谐波、次谐波、奇次谐波的方法，是将电流源输出的正弦波输入电流谐波转换器，电流谐波转换器中的触发信号控制单元控制两路电子开关循环切换，其中触发信号控制单元所发出的两个触发信号与电流源正弦信号同步，分别控制两个电子开关在不同位置上进行导通或关断，则第一路电子开关的两端输出的即为直流偶次谐波、次谐波或奇次谐波。

本发明是通过对常规的电流源输出的正弦波用两路电子开关切换实现直流偶次谐波、次谐波、奇次谐波的产生，比用功放放大直流偶次谐波、次谐波、奇次谐波的效果好，尤其是奇次谐波，要在电流最大值处（90°）瞬间从零变为最大值，满足国标GB/T17215.321-2008（12级静止式有功电能表）对电流直流偶次谐波，次谐波，奇次谐波波形的要求。而用功放放大这样的瞬变信号，要求功放有理想的跟随能力是不现实的，波形会在这个位置出现抖动。

附图说明

图1为电流谐波转换器的原理图；

图2为产生次谐波、奇次谐波的试验接线图；

图3为产生直流偶次谐波的试验接线图；

图4为直流偶次谐波的波形图；

图5为次谐波的波形图；

图6为奇次谐波的波形图。

具体实施方式

如图1所示，本发明公开了一种实现电流的直流偶次谐波、次谐波、奇次谐波的装置，包括有电流源和电流谐波转换器，所述的电流谐波转换器包括第一路电子开关K1（MOS管）和第二路电子开关K2（MOS管）及控制两路电子开关通断的触发信号控制单元，电流源输出正弦波信号，一路信号通过第一路电子开关K1，另一路信号通过第二路电子开关K2，所述的第一路电子开关K1和第二路电子开关K2的控制端分别与触发信号控制单元的两个信号输出端连接，触发信号控制单元所发出的触发信号与电流源正弦信号同步，分别控制两个电子开关在不同时间位置上（不同波幅）进行导通或关断，所述的第一路电子开关K1的两端输出的即为直流偶次谐波、次谐波或奇次谐波信号。所述的第二路电子开关的两端连接有平衡电阻R1、R2，第一路电子开关的一端连接有平衡电阻R3。

本发明用两个电子开关循环切换实现直流偶次谐波、次谐波和奇次谐波的原理是：对常规的电流源输出的正弦波，经触发信号控制单元所发出的触发信号去控制两路电子开关在不同位置上进行导通和关断，就形成了直流偶次谐波，次谐波，奇次谐波，对没有用到的电流部分旁路掉。所述的触发信号控制单元采用分频或倍频实现产生谐波触发信号，也可以采用其它办法实现产生谐波触发信号，例如可编程逻辑器件CPLD等。

电子开关触发信号的产生方法：这种方法要求控制电子开关的触发信号与电流源同步，控制点要准确。触发信号控制单元用一过零比较器，产生与电流源同步的信号，分别去控制两个电子开关，实现直流偶次谐波；触发信号控制单元将正弦波同步信号2次分频，再反向得到2个次谐波的控制信号，分别去控制两只电子开关互补导通两个周期，就实现次谐波；同样触发信号控制单元将正弦波同步信号倍频，再反向得到2个奇次谐波的控制信号，分别去控制两只电子开关互补导通1/4周期，就实现奇次谐波。

三种电流谐波的具体实现原理如下：

1. 直流偶次谐波：用两路电子开关对常规的电流源输出的正弦波进行切换，一路电子开关对正半周导通，另一路电子开关对接下负半周导通旁路掉，没有旁路掉的正半周波形，就形成了直流偶次谐波，如图4所示。

2. 次谐波：用两路电子开关对常规的电流源输出的正弦波进行切换，一路电子开关对正弦波的两个周期导通，另一路电子开关对接下两个周期导通旁路掉，没有旁路掉的波形，就形成了次谐波，如图5所示。

3. 奇次谐波：用两路电子开关对常规的电流源输出的正弦波进行切换，一路电子开关对正弦波在90°-180°之间导通，在270°-360°之间导通，另一路电子开关对接下波形导通旁路掉，没有旁路掉的波形，就形成了奇次谐波，如图6所示。

将上述产生谐波的装置应用到电能表的误差影响量的检定试验装置中，在无谐波和有谐波的试验条件下，比较电能表的误差改变量，从而判断谐波对电能表误差的影响。接线方法按国标GB/T17215.321-2008附录A试验接线方式，具体如下所述：

如图2所示，电流源的输出IA、IA0输入至电流谐波转换器的输入端IA、IA0，电流谐波转换器的谐波输出端IA1、IA01（即第一路电子开关K1的两端）连接标准表、被校表，在触发信号控制单元的控制下产生次谐波或奇次谐波信号，电流谐波转换器的平衡电阻端IA2、IA02（即第二路电子开关K2的两端）连接平衡电阻（即图1中的R1、R2）。

如图3所示， 电流源的输出IA、IA0输入至电流谐波转换器的输入端IA、IA0，电流谐波转换器的谐波输出端IA1、IA01（即第一路电子开关K1的两端）连接被校表，在触发信号控制单元的控制下产生直流偶次谐波信号，电流谐波转换器的平衡电阻端IA2、IA02（即第二路电子开关K2的两端）连接平衡电阻（即图1中的R1、R2），标准表连接在电流源与第一路电子开关K1之间。