在谐波测量中,有代表性的基波的频率成分是含量最大的成分。因此,ADC的动态范围要求设置在能容纳100%的基本成分中间。然而,要求的精度取决于所要测量的最小幅度。对于谐波范围的测量,它最小的幅度由最小的畸变率所决定。存国家谐波测量的标准中,对于规定的畸变率,谐波测量要求在±5%的准确度。
2.3转换速率
ADC的转换速率越高,价格也越高,一般只有低频的瞬时现象才通过通用的ADC来进行测量,对于特高频的瞬时现象,则只有特殊的设备才能进行测量。而对于通常的低频瞬时现象,转换速率在10 kHz到100 kHz之间的转换器就已经足够了。
2.4采样方法
谐波监测时,常需要几路信号同时采样,笔者就做过8路信号的同步采样。一般有以下3种方法:
(1)间隔扫描方法:它是一种模拟同时采样的方法。图2说明了这种间隔扫描方法。
对于这种方法,在采样两个通道之间,存在一个非常小的时间误差ts。这个时间误差ts实际上是ADC的采样周期,它由ADC的最大转换速率所决定。例如,当使用一个采样速度为200 kHz的ADC时,则采样计时误差为5 μs。
T是扫描周期,它是一个可调整的值,它根据所测量的现象而进行设置。对于高达50次谐波的测量,最小的扫描速率为5 kHz或T≤200 μs。如果是一个200 kHz的ADC,则每一个通道的时间误差ts都应保持在5μs内,对于50次谐波(50 Hz×50=2.5 kHz即周期为400μs)来说,它的相位误差粗略为:(5μs/400μs)×360°=45°。谐波次数越高,则误差的角度就越大。如果一个ADC被多个通道所分享,则计时误差对于第一个通道和最后一个通道是不同的,它等于N×ts,,这里N等于ADC所供分享的总通道数。
(2)交替采样法:所谓交替采样法.就是进行数据采集时在被测信号的一个周期内,比如要采样256点,其中128个奇数点为电压采样点,128个偶数点为电流采样点。采电压和采电流的时差为△t=T/256(T是被测信号周期),由此引起的同相电压和电流的相位误差为360°×f×n×△t,式中f为被测信号频率,n为谐波次数。由此式可知相位误差随时差△t、谐波次数n增大而增大。
(3)同步采样法:笔者采用过同相的4路电压和4路电流的同步采样,分时传输的方法。这种方法不存在时差问题,相位差也就不存在,但要求每个通道都要有一个采样保持电路。
3设计实例
这里是一个基于DSP(TMS320C545)的电力谐波监测仪,根据以上分析,其数据采集的AD芯片对于德州仪器公司的ADS7864和MAXIM公司的MAX125都是不错的选择,这里采用了后者。因为要采样A,B,C三相电压和电流,共6路模入通道,为了保证6路工频信号之间保持正确的相位关系,应该同步采样数据,而一片MAX125最多只能转换4通道差动信号,所以用了两片MAX125,其数据采集接口框图如图3所示。