D题:简易电能质量监测装置

（本科组）

一、任务

设计并制作一个能同时对一路工频交流电（有失真的正弦波）的频率、电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数、谐波等进行测量的数字式电能质量监测装置，参见图1。为便于本试题的设计与制作，设定待测的100～500V交流输入电压、10～50A交流输入电流均经由相应的变换器转换为对应的1～5V交流电压。

图1

二、要求

2.1 基本部分

（1）测量交流输入电压有效值

频率：50Hz；测量范围：100～500V；准确度：±0.5％。

（2）测量交流输入电流有效值

频率：50Hz；测量范围：10～50A；准确度：±0.5％。

（3）测量有功功率P（单位为W）、无功功率Q（单位为var）、视在功率S（单位为VA）及功率因数PF（功率因数为有功功率与视在功率之比）。有功功率、无功功率、视在功率准确度：±2％；功率因数显示格式：0.00~0.99。

（4）在交流电压、交流电流、有功功率、无功功率、视在功率的测试过程中，能够记录它们的最大值和最小值。

2.2 发挥部分

（1）测量交流输入电压频率

测量范围：45～55Hz；误差：±0.001 Hz。

（2）采用LCD显示，能够同时显示一个周期的输入电压、输入电流曲线。

（3）测量电压和电流的各次谐波含量

以N次电压谐波含有率为例，N次谐波含有率为N次谐波电压的方均根值与基波电压的方均根值之比，电流谐波含有率计算方法同电压谐波含有率。测量至9次谐波，采用列表和百分数形式显示，分辨率1%。

（4）各次电流谐波含有率在列表显示方式中除了能够以百分比显示外，还能够显示各次谐波的有效值。

（5）其他。

三、评审

    总结报告、基本部分和发挥部分各占50分。总结报告的具体要求见网站；基本部分和发挥部分的具体测试方法和评分指标将在各学校初测开始时在网站公布。

四、说明

1．调试时可用函数发生器输出的正弦信号电压作为一路交流电压信号；再经移相输出代表同一路的电流信号，移相网络自制。也可采用双路信号发生器直接产生两路信号一路代表电压输入信号，另一路代表电流输入信号。

2．检查交流电压、交流电流有效值测量功能时，可采用函数发生器输出的对称方波信号。电压基波、谐波的测试可用函数发生器输出的对称方波作为标准信号，测试结果应与理论值进行比较分析。

3．本题目不得采用电能计量专用芯片实现。