CN201285409Y - 相电压检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用交流采样的相电压检测电路，该电路包括线电压获取电路、相电压复原电路；线电压获取电路将待检测的相电压信号转换成具有确定比例关系的线电压输出，并对参考点由强电地转换到了数字地，线电压获取电路由三个减法电路组成，分别为获得线电压U_UV、U_UW和U_WV的减法电路；相电压复原电路根据线电压获取电路的输出经过由运算放大电路组成的加、减法电路获得参考点为数字点的相电压，相电压复原电路由三个加减法电路组成，分别为获得相电压U_UG、U_WG和U_VG的加减法电路。此检测电路仅由电阻、电容和运算放大器组成，电路简单，成本低，使得这种电路具有很好的实用价值。

Description

相电压检测电路

技术领域

本实用新型涉及一种相电压的测量电路。尤其涉及一种采用交流采样的相电压检测电路。

背景技术

相电压参数作为后续测量和控制的依据和标准，在很多应用场合都需要用到。例如，在感应电机矢量控制中需要相电压信息估算定子磁链，在调功电路中需要检测相电压的过零点。而在三相三线制中，由于无法获得中性点，所以不能直接检测相电压。现有的方法是采用在三相进线处接三个电阻做星形连接，得到一个模拟的中性点，然后测得相电压，但是这种方法产生了额外的功耗，增加了故障点，增加了成本，且电阻的精度对相电压的精度有很大的影响。

此外，相电压与检测电路的参考点一般不同，相电压的参考点为强电地，而检测电路的参考点一般为数字地。所以，在检测相电压时还涉及参考电平转换及隔离的问题。为了实现强弱电之间的隔离，现有的方法是采用隔离工频变压器将电压降下来，起到了隔离和降压的双重作用。但是，变压器体积大，在空间要求比较高的场合不方便使用，而且成本相对较高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种简单、可靠、精度高的相电位检测电路。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种相电压检测电路。该测检测电路包括线电压获取电路和相电压复原电路。

该线电压获取电路由三个减法电路组成，分别为获得线电压U_UV、U_UW和U_WV的减法电路；获得线电压U_UV的减法电路包括一个运算放大器A₁、两个第一电阻R₁、两个第二电阻R₂、一个第一电容C₁以及一个第二电容C₂，待检测的两个相电压U_U、U_V分别通过一个第一电阻R₁连接到所述运算放大器A₁的“+”输入端和“-”输入端，并且，第一电容C₁和第二电阻R₂并联后一端连接至所述运算放大器的“+”输入端，一端连接至数字地；第二电容C₂和第二电阻R₂并联后一端连接至所述运算放大器的“-”输入端，一端连接至所述运算放大器的的输出；获得线电压U_UW的减法电路包括一个运算放大器A₂、两个第一电阻R₁、两个第二电阻R₂、一个第一电容C₁以及一个第二电容C₂，待检测的两个相电压U_U、U_W通过第一电阻R₁分别连接到所述运算放大器A₂的“+”输入端和“-”输入端，并且，第一电容C₁和第二电阻R₂并联后一端连接至所述运算放大器的“+”输入端，一端连接至数字地；第二电容C₂和第二电阻R₂并联后一端连接至所述运算放大器的“-”输入端，一端连接至所述运算放大器的的输出；获得线电压U_VW的减法电路包括一个运算放大器A₃、两个第一电阻R₁、两个第二电阻R₂、一个第一电容C₁以及一个第二电容C₂，待检测的两个相电压U_W、U_V通过第一电阻R₁分别连接到所述运算放大器A₃的“+”输入端和“-”输入端，并且，第一电容C₁和第二电阻R₂并联后一端连接至所述运算放大器的“+”输入端，一端连接至数字地；第二电容C₂和第二电阻R₂并联后一端连接至所述运算放大器的“-”输入端，一端连接至所述运算放大器的的输出。线电压获取电路将待测的电压通过电阻衰减降到一定幅值之后，然后通过运算放大器组成的差分放大电路来求得线电压，这样，将待检测的相电压信号转换成具有确定比例关系的线电压输出；并且，对参考点由强电地转换到了数字地，进行参考电平转换。

该相电压复原电路由三个加减法电路组成，分别为获得相电压U_UG、U_WG和U_VG的加减法电路；获得相电压U_UG的加减法电路包括一个运算放大器A₄、四个第三电阻R₃；相电压U_UV和U_UW分别通过一个第三电阻R₃连接至运算放大器A₄的“+”输入端；运算放大器A₄的“-”输入端经由一个第三电阻R₃连接至数字地，同时，经由另一个第三电阻R₃连接至运算放大器A₄的输出端；获得相电压U_WG的加减法电路包括一个运算放大器A₅、四个第三电阻R₃；相电压U_UW和U_WV分别通过一个第三电阻R₃连接至运算放大器A₅的“+”输入端和“-”输入端，运算放大器A₅的“+”输入端同时经由一个第三电阻R₃连接至数字地，运算放大器A₅的“-”输入端同时经由一个第三电阻R₃连接至运算放大器A₅的输出端；获得相电压U_VG的加减法电路包括一个运算放大器A₆、四个第三电阻R₃；相电压U_UV和U_WV分别通过一个第三电阻R₃连接至运算放大器A₆的“-”输入端，同时，运算放大器A₆的“-”输入端经由一个第三电阻R₃连接至运算放大器A₆的输出端，运算放大器A₆的“+”输入端经由一个第三电阻R₃连接至数字地；相电压复原电路根据线电压获取电路的输出经过由运算放大电路组成的加减法电路，获得参考点为数字地的相电压。

由于本实用新型的测量电路的整个电路仅由电阻、电容和运算放大器组成，电路简单，成本低；由于没有像现有技术那样用星型电阻作模拟中性点，所以降低了功耗，减少了故障点，因而性能较为可靠。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明，其中：

图1是被测信号等效电路；

图2是线电压获取电路；

图3是相电压复原电路；

图4a是U相输入、输出电压波形；

图4b是V相输入、输出电压波形；

图4c是W相输入、输出电压波形。

具体实施方式

整个系统以检测电路中的数字地为参考点，根据图1可知

U_UP＝U_U-U_PG

U_VP＝U_V-U_PG

U_WP＝U_W-U_PG       (1)

式(1)中UUP、UVP和UWP分别为待测的U相、V相和W相的相电压，UU、UV和UW为参考数字地的三相进线电压，UPG为三相进线的中性点对数字地的电压。

本实用新型包括图2所示线电压获取电路和图3所示的相电压复原电路。

线电压获取电路首先通过电阻R1，R2将输入电压幅值进行衰减，并通过运算放大器构成的减法电路将三相进线电压转换成线电压。转换关系如下：

$U_{\mathrm{UV}}=(U_U-U_V)\frac{R_2}{R_1}=(U_{\mathrm{UP}}+U_{\mathrm{PG}}-U_{\mathrm{VP}}-U_{\mathrm{PG}})\frac{R_2}{R_1}=(U_{\mathrm{UP}}-U_{\mathrm{VP}})\frac{R_2}{R_1}$

$U_{\mathrm{UW}}=(U_U-U_W)\frac{R_2}{R_1}=(U_{\mathrm{UP}}+U_{\mathrm{PG}}-U_{\mathrm{WP}}-U_{\mathrm{PG}})\frac{R_2}{R_1}=(U_{\mathrm{UP}}-U_{\mathrm{WP}})\frac{R_2}{R_1}$

$U_{\mathrm{WV}}=(U_W-U_V)\frac{R_2}{R_1}=(U_{\mathrm{WP}}+U_{\mathrm{PG}}-U_{\mathrm{VP}}-U_{\mathrm{PG}})\frac{R_2}{R_1}=(U_{\mathrm{WP}}-U_{\mathrm{VP}})\frac{R_2}{R_1}$          (2)

线电压获取电路不仅对相电压幅值进行了衰减，还对相电压的参考电平进行了转换，将其参考地转换到了数字地，以方便后续电路的处理。电路中C₁和C₂用来滤除相电压中的谐波和噪声成份。

相电压复原电路将根据线电压U_UV，U_UW和U_WV的加减处理来重新获得相电压。利用三相电压的和为零的关系，可得处理方法如下：

$U_{\mathrm{UG}}=U_{\mathrm{UV}}+U_{\mathrm{UW}}=(U_{\mathrm{UP}}-U_{\mathrm{VP}}+U_{\mathrm{UP}}-U_{\mathrm{WP}})\frac{R_2}{R_1}=3\frac{R_2}{R_1}{U}_{\mathrm{UP}}$

$U_{\mathrm{VG}}={-U}_{\mathrm{UV}}-U_{\mathrm{WV}}=({-U}_{\mathrm{UP}}+U_{\mathrm{VP}}-U_{\mathrm{WP}}+U_{\mathrm{VP}})\frac{R_2}{R_1}=3\frac{R_2}{R_1}{U}_{\mathrm{VP}}$

$U_{\mathrm{WG}}=U_{\mathrm{WV}}{-U}_{\mathrm{UW}}=(U_{\mathrm{WP}}-U_{\mathrm{VP}}-U_{\mathrm{UP}}+U_{\mathrm{WP}})\frac{R_2}{R_1}=3\frac{R_2}{R_1}{U}_{\mathrm{WP}}---\left(3\right)$

在系统，可对UUG，UVG和UWG进行采样，并在软件中除以相应的倍数来获得相电压。

由于本实用新型的测量电路既没有像现有技术中那样采用星形连接的电阻来获得相电压，也也没有采用变压器来进行强弱电隔离，而是采用结构简单成本低廉的运算放大器、电阻、电容来组成线电压获取电路和相电压复原电路，准确且经济地实现了相电压的检测，具有很好的实用价值。

Claims (2)

1.一种相电压检测电路，其特征在于：该电路包括线电压获取电路和相电压复原电路；所述线电压获取电路由三个减法电路组成，分别为获得线电压U_UV、U_UW和U_WV的减法电路；

获得线电压U_UV的减法电路包括一个运算放大器(A₁)、两个第一电阻(R₁)、两个第二电阻(R₂)、一个第一电容(C₁)以及一个第二电容(C₂)，待检测的两个相电压(U_U、U_V)分别通过一个第一电阻(R₁)连接到所述运算放大器(A₁)的“+”输入端和“-”输入端，并且，第一电容(C₁)和第二电阻(R₂)并联后一端连接至所述运算放大器的“+”输入端，一端连接至数字地；第二电容(C₂)和第二电阻(R₂)并联后一端连接至所述运算放大器的“-”输入端，一端连接至所述运算放大器的的输出；

获得线电压U_UW的减法电路包括一个运算放大器(A₂)、两个第一电阻(R₁)、两个第二电阻(R₂)、一个第一电容(C₁)以及一个第二电容(C₂)，待检测的两个相电压(U_U、U_W)通过第一电阻(R₁)分别连接到所述运算放大器(A₂)的“+”输入端和“-”输入端，并且，第一电容(C₁)和第二电阻(R₂)并联后一端连接至所述运算放大器的“+”输入端，一端连接至数字地；第二电容(C₂)和第二电阻(R₂)并联后一端连接至所述运算放大器的“-”输入端，一端连接至所述运算放大器的的输出；

获得线电压U_WV的减法电路包括一个运算放大器(A₃)、两个第一电阻(R₁)、两个第二电阻(R₂)、一个第一电容(C₁)以及一个第二电容(C₂)，待检测的两个相电压(U_W、U_V)通过第一电阻(R₁)分别连接到所述运算放大器(A₃)的“+”输入端和“-”输入端，并且，第一电容(C₁)和第二电阻(R₂)并联后一端连接至所述运算放大器的“+”输入端，一端连接至数字地；第二电容(C₂)和第二电阻(R₂)并联后一端连接至所述运算放大器的“-”输入端，一端连接至所述运算放大器的的输出。

2.根据权利要求1所述的相电压检测电路，其特征在于：所述相电压复原电路由三个加减法电路组成，分别为获得相电压U_UG、U_WG和U_VG的加减法电路；

获得相电压U_UG的加减法电路包括一个运算放大器(A₄)、四个第三电阻(R₃)；相电压U_UV和U_UW分别通过一个第三电阻(R₃)连接至运算放大器(A₄)的“+”输入端；运算放大器(A₄)的“-”输入端经由一个第三电阻(R₃)连接至数字地，同时，经由另一个第三电阻(R₃)连接至运算放大器(A₄)的输出端；

获得相电压U_WG的加减法电路包括一个运算放大器(A₅)、四个第三电阻(R₃)；相电压U_UW和U_WV分别通过一个第三电阻(R₃)连接至运算放大器(A₅)的“+”输入端和“-”输入端，运算放大器(A₅)的“+”输入端同时经由一个第三电阻(R₃)连接至数字地，运算放大器(A₅)的“-”输入端同时经由一个第三电阻(R₃)连接至运算放大器(A₅)的输出端；

获得相电压U_VG的加减法电路包括一个运算放大器(A₆)、四个第三电阻(R₃)；相电压U_UV和U_WV分别通过一个第三电阻(R₃)连接至运算放大器(A₆)的“-”输入端，同时，运算放大器(A₆)的“-”输入端经由一个第三电阻(R₃)连接至运算放大器(A₆)的输出端，运算放大器(A₆)的“+”输入端经由一个第三电阻(R₃)连接至数字地。

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