【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是在计量领域中开发的设备和/或仪器，具体地，涉及一种测量电路中三相电能的设备。
技术介绍
1、目前存在三相功率分析仪，例如网站链接(https://n9.cl/k9jhy)中提及的一种测量仪器(型号为：fluke437-ii/basic三相电能质量和功率分析仪，参数为：+/-0.5％精度，0.1v分辨率，400hz频率)，该测量仪器用于分析电网，其由32位微控制器、电流和电压降低传感器、电流和电压信号适配器、lcd显示器和集成处理软件构成。
2、在公开文件cn107247199a中，提出一种包括dsp数据处理模块的网络分析仪，该网络分析仪是基于电弧闪光减少(arm)工程设计的，其具有信息传输天线、电压和电流传输单元(被传输到云端)，以及由cpld控制的瞬变检测单元。
3、另一个现有文件cn102565574b中提到的设备，由dsp微处理器、三相三线制电路、抗混叠滤波电路、集成电流电压传感器、lcd显示器和用于进行数模转换系统的程序构成。
4、文献jp2015055632a中记载的另一种用于三相电量测量设备，由dsp处理器、电流和电压控制器、电压和电流传感器、显示器和数据处理器构成。
5、然而，相关技术中的这些设备尽管可以处理信息，但是信息处理速度较慢。例如文献cn107247199a、jp2015055632a中提到的设备，以及网络链接(https://n9.cl/k9jhy)中提到的设备(型号为：fluke437-ii/basic三相电能质量和功率分析仪，参数为：+/-
6、在网络链接(https://acortar.link/bvcyy)中提到一个设备，该设备使用arduino微控制器设计和组装三相网络分析仪，编程hmi，并通过modbus协议进行系统通信。该设备应用于基于可再生能源的微电网中。该设备包括：arduino mega板、3个220/12v变压器、7个10微法的电容器、4个电流夹以及arduino ide和microsoft excel软件。该设备的测量性能受限于处理速度和所使用的复杂元件或组件的操作。
7、在以下网络链接中还提到一种基于神经网络的新测量程序，用于估计谐波功率和对称电流/电压分量：https://n9.cl/98rog(其中提到的科学文献《a new technique forunbalance current and voltage estimation with neural networks》)，和https://acortar.link/yd03qo(其中提到的科学文献《active power analysis for the batteryenergy storage systems based on a modern cascaded multilevel converter》)。这两篇论文都只提及了计算方法，而不涉及如何将其实施到电能测量设备中。
8、还有一些方法描述了构建adaline网络的组件，以便在pc平台上使用混合硬件/软件系统进行测量的模拟、分析和可视化，例如网络链接https://n9.cl/pe50d中提到的科学论文《power components measurement using s-adaline》。该方法仅面向在估计谐波分量和对称电流/电压分量时基于神经网络的测量过程。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于8位硬件的adaline网络、精简ram和eeprom存储器的电气网络分析仪，其包括：
2、三相的电压传感器卡：优选由三个微型变压器组成，后面跟随至少一个降低电压水平的分压器、基于运算放大器的反相放大器、位于放大器的输出端由电阻和电容器组成的具有可变电阻的电路(rc)，其功能是消除由变压器引入的相位偏移，以及最后至少一个电压跟随器，该电压跟随器用于将输出电压与来自rc电路的输入电压隔离。反相放大器的正输入端由偏置直流(dc)信号供电，电容器用于将来自微型变压器的交流(ac)电压与存在于反相放大器和后续级中的直流(dc)电压耦合。运算放大器(opamp)是单轨型(正电压供电)。电压传感器卡的每一级的输出值均与被测量的电网电压波形成比例，并且按比例增加直流偏置电平，使其始终为正。电压传感器中的这种调节是必要的，原因是大多数具有上述特性的微控制器(mcu)在其模拟输入中需要正电压范围。
3、三相的电流传感器卡：它们作为罗戈夫斯基线圈(bobina rogowsky)输入，和具有高电流测量范围及高线性度的交流电流表。来自罗戈夫斯基线圈的信号与电流分流成比例，并需要进行积分和放大。第一级是非反相放大器，在非反相输入端处连接一个可调电位器的dc偏置电压，第二级是在反相反馈端处连接到rc电路的积分器，并连接相同的偏置电压。电解电容器用作线圈的输出ac电压与传感器的其余部分之间，以及放大器和积分器之间的耦合器。
4、运算放大器的型号为lm358，使用单轨电源供电，需要另一个电源输入，以通过可调分压器获得电压。
5、微控制器卡：代表设备的大脑。其主要组件是mcu，该mcu接收测量的模拟信号，通过模拟输入的方式进行读取，并优选通过10位a/d转换器将模拟信号转换为数字信号，并以“n”个连续样本的向量形式处理来自每个输入通道的数字信号，从而得到所需的电量测量结果。该卡优选具有mcu操作所需的16mhz晶振频率和两个用于i2c通信引脚的输出端子，用于将数据发送到显示器。
6、带有ram的显示器：显示器接收整型格式的数字。mcu编程以根据待测量的数值大小，将数字以整型格式发送给显示器：对于较小的数值，可以利用16位整型格式表示，而对于较大或非常大的数值，则利用32位整型格式表示。这样可以避免在存储发送到显示器的测量值时，发生变量溢出(overflow)。
7、dc电源：优选使用可充电的1200mah9.5v锂离子电池，随后有三个稳压器，其中，两个为5v的稳压器，第三个优选为8v的稳压器。稳压器能够在其输入变化时，产生恒定且非常稳定的输出电压。8v的稳压器用于为电压/电流传感器的运算放大器供电，第一个5v的稳压器用于为电压/电流传感器卡和显示器供电，而第二个5v的稳压器仅用于为需要非常稳定的电压的mcu供电。
8、基于上述内容，本专利技术相对于现有技术公开的内容具有以下优点：
9、·上述测量程序的编程使用adaline神经网络，通过最大限度地优化微控制器(mcu)的资源，实现具有良好测量能力、准确性和动态响应速度的设备。相比之下，大多数商用网络分析仪设备采用16位或32位mcu，这些mcu结本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电气网络分析仪，包括电压传感器卡(4)、微控制器、电压传感器、具有信号调节的三相电流传感器(9)、具有信号调节的至少一个三相电压传感器(4)，其特征在于，还包含在Adaline神经网络中编程用于测量三相系统中电量的程序，包括：利用至少一个电压传感器卡(4)中包含的电压传感器，测量电压谐波分量、电流谐波分量、电压THD、电流THD、有功功率、无功功率、视在功率和功率因数；至少一个电流传感器被包含在至少一个电流传感器卡(9)中，所述至少一个电流传感器卡(9)连接至少一个电压感应变压器(5)，所述至少一个电压感应变压器(5)连接三相系统的至少一个点或者一条线，所述三相系统连接到微控制器卡(7)上的至少一个处理器，该微控制器卡(7)包含至少一个微控制器芯片(8)，通过处理器，与电压和相位电流相对应的电压和电流信号生成相应测量数据，以显示在显示屏(12)上。
2.根据权利要求1所述的电气网络分析仪，其特征在于，利用至少8位的微控制单元简化硬件元件，以测量电能质量。
3.根据权利要求1所述的电气网络分析仪，其特征在于，包括在神经网络/Adaline中编写的程序
4.根据权利要求1所述的电气网络分析仪，其特征在于，包括显示测量数据的显示器(12)，包含在微处理器卡(7)中的微处理器芯片(8)确定电压信号和电流信号，并比较最大电流和最小电压的位置。
5.根据权利要求1所述的电气网络分析仪，其特征在于，适用于智能网络或控制系统，并且所进行的测量用于触发警报或启动其它设备，并适用于电力控制系统，这利用被包含在至少一个电压传感器卡(4)、至少一个电流传感器卡(9)、至少一个微控制器卡(7)中的装置的数字输出实现。
6.根据权利要求1所述的电气网络分析仪，其特征在于，利用外部模块扩展EEPROM，以增加待测量的变量和提高最大谐波次数。
7.根据权利要求1所述的电气网络分析仪，其特征在于，包括至少一个微控制器卡(7)和可替代的具有20kB的RAM、两个12位分辨率的A/D转换器和3.3V电源的STM32芯片，以降低功耗，并保持图3和4中描述的相同算法或程序。
8.根据权利要求1所述的电气网络分析仪，其特征在于，在60Hz频率下，测量最大值至少为290安培；在60Hz频率下，可调节以测量更高或更低的最大电流，所述最大电流的范围由包含在至少一个电流传感器(9)上的开关调整。
9.根据权利要求1所述的电气网络分析仪，其特征在于，频率为自适应的，包括编程公式中的至少一个变化，所述编程公式包含在至少一个微控制器卡(7)和至少一个微控制器芯片(8)上。
10.根据权利要求1所述的电气网络分析仪，其特征在于，包括可替换元件，包括：包含在至少一个电压传感器卡(4)中的运算放大器、至少一个电流传感器卡(9)中的运算放大器、至少一个微控制器卡(7)。
11.根据权利要求1所述的电气网络分析仪，其特征在于，通过夹具(11)或电流输入连接器(10)耦接到工业机器或电气或电机控制面板，以执行连续监测。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种电气网络分析仪，包括电压传感器卡(4)、微控制器、电压传感器、具有信号调节的三相电流传感器(9)、具有信号调节的至少一个三相电压传感器(4)，其特征在于，还包含在adaline神经网络中编程用于测量三相系统中电量的程序，包括：利用至少一个电压传感器卡(4)中包含的电压传感器，测量电压谐波分量、电流谐波分量、电压thd、电流thd、有功功率、无功功率、视在功率和功率因数；至少一个电流传感器被包含在至少一个电流传感器卡(9)中，所述至少一个电流传感器卡(9)连接至少一个电压感应变压器(5)，所述至少一个电压感应变压器(5)连接三相系统的至少一个点或者一条线，所述三相系统连接到微控制器卡(7)上的至少一个处理器，该微控制器卡(7)包含至少一个微控制器芯片(8)，通过处理器，与电压和相位电流相对应的电压和电流信号生成相应测量数据，以显示在显示屏(12)上。
2.根据权利要求1所述的电气网络分析仪，其特征在于，利用至少8位的微控制单元简化硬件元件，以测量电能质量。
3.根据权利要求1所述的电气网络分析仪，其特征在于，包括在神经网络/adaline中编写的程序，所述程序在电气测量中的处理速度为10-20毫秒。
4.根据权利要求1所述的电气网络分析仪，其特征在于，包括显示测量数据的显示器(12)，包含在微处理器卡(7)中的微处理器芯片(8)确定电压信号和电流信号，并比较最大电流和最小电压的位置。
5.根据权利要求1所述的电气网络分析仪，其特征在于，适用于智能网络或控制系统，...
【专利技术属性】
技术研发人员：F·J·阿尔坎塔拉·本胡梅亚，
申请(专利权)人：秘鲁科技大学，
类型：发明
国别省市：
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