基于锁相环的交流电压倍频细分电路设计

高新技术　ＳＣｌｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏ１ｏｇｙ　１ｎｎｏｖａｔｉＯｎ　Ｈｅｒ：ａ　１ｄ　基于锁相环的交流电压倍频细分电路设计　林　琳　孙玉坤　茅靖峰　（江苏大学电气信息工程学院　江苏镇江　２１　２０１　３）　摘要：本文设计了一种交流电压锁相与倍频电路。分析了该电路的基本功能需求与工作原理，给出了各功能子电路的结构原理　图，阐述了各电路参数的选取依据。该电路实现了对电网电压频率的快速跟踪及２　５　６倍整数细分的功能，适合于电能质量监测与控制　环节中的应用。　关键词：交流采样　锁相环　细分电路　中图分类号：ＴＭ　７　６　文献标识码：Ａ　文章编号：１　６７４—０　９　８ｘ（２ｏ　ｏ８）ｏ６（ｂ）一ｏｏ　２５一ｏ２　１引言　电网电压的频率并不是固定不变的，受　大负荷扰动的影响，它在工频（５０Ｈｚ）上　下有一定的波动范围。作为谐波分析及抑制　的主要应用方法，快速傅里叶变换方法和基　图３过零检测电路　于瞬时无功功率理论的提取方法，均需要对　电路前向通道上串接二阶巴特沃斯　个周期内的电力参数信号进行等间隔的整数　（ｂｕｔｔｅｒｗｏｔｈ）低通滤波，以抑制信号中的高　倍采样，即整周期采样，否则，势必会造　频干扰分量，其截止频率可放在ｆｃ＝２００Ｈｚ。　成频谱泄漏，影响谐波分析结果的精度。本　以下采用快速设计方法进行电压信号的低通　文应用数字集成锁相技术实现了交流电压频率　（巴特沃斯响应）滤波器设计：　的实时跟踪与２５６倍频的均匀细分，可以满　①先选择电容Ｃ２的标准值，电容Ｃ２的初　足电力参数的整周期采样需要。以下给出电　始值靠经验决定。由于截止频率ｆｃ＝２（】（】Ｈｚ　路的详细设计过程。　故可选择Ｃ２＝０．１ｕＦ。　②根据所选择的电容Ｃ２的实际值，再按　２总体结构与原理　照下式计算电阻换标系数Ｋ　电路结构原理图如图１所示。　一的波动频率范围可得出Ｕｏｕｔ输入频率的锁相　范围为：　４５Ｈｚ　＝５５Ｈ＝　则ＣＤ４０４６压控振荡器的锁相频率为：　＝４５￣２５６＝ｌｔ５２０Ｈｚ　｛　＝５５ｔ　２５６—１４０８０Ｈ：　＝五　一　一２５６ＯＨ：　①压控振荡器参数Ｃ１、Ｒ１、Ｒ２的选择：　线性压控振荡器ＶＣＯ的参数Ｃ１、Ｒ１、Ｒ２　的取值一般为：１ＯＫ　Ｑ≤Ｒ１，Ｒ２≤１Ｍ　Ｑ，　１００ｐＦ≤Ｃ１≤０．ＯＩｕＦ。因此，若选取Ｃ１＝　Ｏ．ＯｌｕＦ，则　１‘　肛　｛　爱：　爱＝——　——　》　５　图１电路原理结构图　其中，ｆｃ单位为Ｈｚ；Ｃ２的单位为　Ｆ。　传感器电路首先将电网相电压Ｕｓ线性变　③从设计表中查出与带内增益Ａｖ对应的　送为交流小信号量。考虑到配电网侧电压可　电容值及Ｋ＝Ｉ时的电阻值。再将这些电阻值　能已经畸变，因此，在传感器的二次侧串接　乘以参数Ｋ，可得出电阻的设计值和Ｃ１的设　低通滤波电路，以抑制电压中的高频谐波分　计值。　量对工频过零点捕捉的影响。在过零比较电　置　ｔ，４２×５　７　ｔＫＱ　路之后，即可形成与交流基波频率同频变化　震２＝５．４×５：２７ＫＱ　的ＴＴＬ方波信号，信号整形后再引入到锁相　ｆｄ．７　２００￣：毽　｛　因此，可取Ｒ２＝１ＯＫ　Ｑ。　置　—　一———ｉ＿一・　２５６０×０，０１＞ｔ　　３９０６２Ｑ　因此，可取Ｒ１＝３９Ｋ　Ｑ。　②锁相环低通滤波器参数Ｒ４、Ｃ２选择：　环电路中，以实现交流基波频率信号高整数　倍频的细分ＴＴＬ方波输出。　＝０　３３×０　１　０　０３　Ｒ　一一未窘蒜一　署　一。－湖ｚｓ　因此，可选择Ｒ１＝７．５Ｋ　Ｑ、Ｒ２＝２７Ｋ　若取Ｃ２＝０．１ｕｆ，则Ｒ４可取２２Ｋ　Ｑ，Ｒ３　般为Ｒ４的１０％～３０％，这里取Ｒ３＝２２０Ｋ　Ｑ　３电路设计　３．１传感器电路　配电端电力系统动态过程常发生在几个　４结语　甚至一个周期内，因此，对系统电压的检测　本文应用数字集成锁相环设计的电网电　必须具备瞬时的反映能力。而传统的电磁型　压锁相倍频电路，能够快速跟踪电网电压频　电压互感器，由于漏磁和线圈阻抗的存在，　率的变化，实现整周期的均匀细分，可应用　其动态响应通常要几十微秒；传递频带仅限　在电力参数同步采样以及拟合不受电网畸变　图４低通幅频特性　在５０Ｈｚ附近，变送性能较差。本文采用霍　影响的正弦波信号等电力质量监测和控制场　３锁相倍频电路　尔电压传感器进行网删交流电压的变送，其　３．合。根据实际应用背景，可进一步优化电路　基波频率信号Ｕｏｕｔ的２５６倍频电路由集　参数，以达到更佳的工作性能。原理图如图２所示。　　成数字锁相环ＣＤ４０４６和ｌ２位二进制计数器　本文作者创新点：应用数字集成锁相技　一—兰　０：；　＿　一一　ＣＤ４０４０组成，如图５所示，其输入信号为　术实现了交流电压频率的实时跟踪与２５６倍　ｌ；熹『１　＝　　ｌＶ　｝　｛　■－§　ｗｌ　ｉ　Ｕｏｕｔ，输出信号为Ｕｏｕｔ信号的２５６倍频ＴＴＬ　频的均匀细分，可以满足电力参数的整周期　０＿…　・　信号ＰＬＬＯＵＴ。　采样需要。　图２霍尔电压传感器电路　—霍尔电压传感器的动态响应特性在微秒　级之内；传递频带宽，精度高，可以实现快速　高精度的电压变送。　参考文献　【１］王兆安，杨君，刘进军．谐波抑制和无功功　率补偿　］．机械工业出版社，２００２　３．２过零检测电路　［２】李正军，杨洪军，宋晓庆．新型电力网络仪　过零检测电路如图３所示，电路的输入　表的谐波测量方法与实现【Ｊ］．电力系统及　端为经过霍尔电压传感器变送后的网侧电压信　其自动化学报，２００６，ｌ　８（３）：２８－３３．　图５锁相倍频电路　号Ｕｉｎ，输出信号Ｕｏｕｔ为交流基波频率的　锁相环ＣＤ４０４６的工作性能与其外围电路　［３】张厥胜，张会宁　静．锁相环频率合成器　ＴＴＬ方波信号。　的参数选择有直接关系。根据锁相网侧电压　【Ｍ］．北京：电子工业出版社，ｌ９９７　雾　ｌ　萎　一　　：①项目经济效益：三十万元，项目名称：有源静止无功发生器的关键技术开发及产业化；编号：ＢＥ２００７０６９，基金申请人：孙玉坤，基金颁发部门：江苏省工业科技攻关计划　科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　２５　维普资讯 http://www.cqvip.com

：　ＳｃｉｅｎＣｅ　ａｎｄ　ＴｅｃｈｎｏｌｏｇＹ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅ　ｒａｉｄ　高新技术　浅谈数字化测绘与空间基础图的更新　李长战　（宁波冶金勘察设计研究股份有限公司　浙江宁波　３　１　５０４　１）　摘要：测绘生产和测绘管理数字化是现代测绘的发展方向，也是建立城市基础地理信息系统的要求。本文讨论了数字化测绘与地理信息　系统基础图的更新。　关键词：数字化　测绘　基础图　更新　中图分类号：ＴＰ１　３　文献标识码：Ａ　文章编号：１　６７４—０９８ｘ（２Ｏ０８）０６（ｂ）一Ｏ０２６－－０１　１数字化测绘的意义　２０世纪５０年以来，我国传统的测绘工　作是通过外业手工记录、内业手工抄写已　知数据、手工计算和绘图来完成的，测绘　成果是日积月累的大量的图纸和帐簿。这　样做工作量大、容易出错、测绘成果不便　利用与保存、成果易于丢失、资源浪费、重　复劳动和效率低下，不仅给测绘生产和管　理工作带来一系列麻烦问题，也阻碍测绘　管理向着科学化、现代化方向发展；而且　外业测绘成果不能被基础地理信息系统直　接及时利用；只好采取失量化基础图来更　３数字化测绘模块结构　新基础图子系统，增加了人力、物力、财力　数字化测绘模块结构如图１所示。　的投入，延长了基础图库的更新周期，使基　４数字化测绘对基础图的更新　础图的及时性、有效性、准确性得不到充　４．１基础图更新的必要性　分的发挥。　基础图数据应从航空摄影测量方法成　图后外业调绘和内业数字化得到，该方法　２数字化测绘的特点　成图面积大，但是成图周期长。现在我国　１）数字化测绘系统是以笔记本电脑（Ｐ　建设规模和发展速度是前所未有的，城市　Ⅲ处理器以上）为载体、以ｃ语言开发的程　的面貌日也是新月异，基础地形图的现势　序软件为控制、以显示‘屏为图面，融极坐　性很难满足放样和地籍测量工作的要求，　标法、勘丈测量法和平板作图法于一体的　野外测绘方法。　２）该系统以ＷＩＮ２０００为操作系统，采用　全汉化菜单，菜单提示清晰、用户界面友　好，操作简便、易学易用。　３）数据输入灵活多样，即接收全站仪自　动输入的观测数据，也能接收半站仪等手　工输入的观测数据。　４）野外数据采集方法丰富、灵活、实　用，系统提供了二十种比较惯用的、适合　生产实际的、简便的、有效的碎步测量方　法，提供可靠的不能误输的记录格式提示，　供使用者选择和调用。　５）便携机随着全站仪的观测同步显示、　同步存储。同步显示能够及时判断测量的　正确与错误，避免错误的发生；同步存储防　止数据丢失。　６）野外建立数字地面模型，、插绘折　线、等高线，检查地貌测量是否符合实际　情况。　７）有较强的图形支撑功能，能够对图　形缩放、平移、开窗、捕捉、编辑、修改，　有多种字体（等线、楷体、仿宋等）的汉字　注记修改功能。　８）图形符号库齐全、完整。除了《地形　图图示》全部符号都有以外，还要有真对具　体情况符合地理信息系统格式要求的符号。　给用图者带来极大的不便，因此必需做到　外业测绘数字化和基础图库的直接更新。　４　２基础图更新的可行性　根据规划要求，城市开发和建设是按　规划分区域交错进行的，这就出现了原有建　筑物（包括道路、楼房等地形图要素）拆除后　原来位置新建建筑物，这些新建建筑物（包括　楼房、路和桥等地形图要素）又是长期保留　的；而城市日常测绘工作大多正是在这些地　方进行的，所以只要外业测绘实现数字化，就　能够做到对基础图库的及时逐步更新。　４　３基础图的更新　基础图子系统是城市空间地理信息系　统的基础，所以，基础图的正确性尤为重要，　为此，应建立了严格的校核、检查、审核、批　准制度，发现新测成果与原有成果不符，坚　决不准入库更新，直至查找原因改正后方可　入库更新。通过对基础图的更新，能准确快　速地为一线测绘工作者提供实时数据，提高　了测绘行业的工作质量和工作效率，同时也　保证了地理信息系统基础图子系统的实时　性、准确性，为政府各职能部门制定正确的　决策提供了依据和保证。　５结束语　传统测绘工作方法（手工记录、手工计　算和手工绘图）工作量大，容易出错，重复作　业导致效率低下，不能共享导致资源浪费，　解决这一问题的有效途径就是外业测绘数　字化和基础图库的适时更新。地理信息产　业在国民经济建设中发挥着俞来俞重要的　作用，它的发展速度和完善程度直接影响　建设事业的发展，所以地理信息系统建设　这项庞大的工程迫切要求外业测绘数字　化。外业测绘数字化与基础图库的适时更　新相互利用、相互促进，二者缺一不可。　对话窗　十　监视窗　数据到监视窗后就自动存盘。　【３】张厥胜，张会宁，邢静．锁相环频率合成器　［Ｍ］．北京：电子工业出版社，ｌ９９７　［４】银翔，王玉平．基于ＤＳＰ的电能质量数据　图１数字化测绘模块结构　ＨＶＤ　Ｃ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｕｓｉｎｇ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｓｏｕｒｃｅｄ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ　ｉｎ　Ｊａｐａｎ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　２００２　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕ－　ｔｉｏｎ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ，２００２，　２：ｌ　３８７　ｌ　３９２．６一ｌ０　采集系统的研究［ＪＪ．微计算机信息，２００７，　１２－２：ｌ８７一ｌ８８　［５］Ｔ．Ｎａｋａｊｉｍａ．Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ＳＴＡＴＣ０Ｍｓ　ａｔ］ｄ　ａ　Ｔｈｒｅｅ　Ｔｅｒｍｊｎａ］　２６　科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ