CN201859177U - 继电保护装置中的低频交流信号测量模块 - Google Patents

继电保护装置中的低频交流信号测量模块 Download PDF

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杨晓渝
高明
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Abstract

本实用新型公开了一种继电保护装置中的低频交流信号测量模块，它包括二阶阻容滤波回路，所述的二阶阻容滤波回路并联两个反向串接的二极管，再与三号电阻并联，并与电压跟随器相连；电压跟随器的输出端连接二号运算放大器的反相输入端，二号运算放大器的8脚和4脚分别接+15V和-15V电源，二号运算放大器的同相输入端与一个小电压形成回路相连；二号运算放大器的输出端连接方形波整形回路。本实用新型对低频交流信号的频率测量，回路硬件开销小、抗干扰能力强、简单易行且精度较高。

Description

继电保护装置中的低频交流信号测量模块
技术领域
本实用新型涉及继电保护装置中的一个模块，具体是说是一种继电保护装置中的60HZ以下的低频交流信号测量模块。
背景技术
多种型号的继电保护装置都需要对交流信号进行频率测量，以实现如低周保护、过频保护或者低频解列等保护功能。电力系统继电保护装置测量的电压电流量通常都是低频信号，频率在60HZ以下，而保护测量装置本身运算量大，任务繁重，因此，设计一种硬件开销小、抗干扰能力强、简单易行且精度较高的低频信号测量回路是非常有意义的。
目前主要采取的测频办法有软件测频和硬件测频两类。软件测频通常是对交流输入量进行DFT变换，计算出给定的交流量的向量，通过计算其向量的实部或虚部值的2个相邻同方向变化的过零点之间的时间，计算其周期和频率。软件测频精度高但需要高密度的采样点，且DFT变换计算量大复杂程度高；硬件测频，目前常用的方法是对交流电量进行硬件采样，然后记录过零点的时刻，从而计算信号的频率。但当信号输入回路空载时或者信号有较大的谐波量时，往往有较多的过零干扰，造成测量精度下降。且现有电路通常需要如施密特门一类的整形电路将交流信号转化为脉冲波形，增加了电路的复杂度。
发明内容
发明目的：本实用新型主要针对电力系统继电保护装置对60HZ以下的低频交流信号的测量要求，设计了一种继电保护装置中的低频信号频率测量模块，解决了现有技术中回路复杂、抗干扰能力弱、且精度较低的缺陷。
本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种继电保护装置中的低频交流信号测量模块，它包括二阶阻容滤波回路，所述的二阶阻容滤波回路并联两个反向串接的二极管，再与三号电阻并联，并与电压跟随器相连；电压跟随器的输出端连接二号运算放大器的反相输入端，二号运算放大器的8脚和4脚分别接+15V和-15V电源，二号运算放大器的同相输入端与一个小电压形成回路相连；二号运算放大器的输出端连接方形波整形回路。
本实用新型中，所述的电压跟随器为一号运算放大器，二阶阻容滤波回路与一号运算放大器的反相输入端3脚相连；一号运算放大器的8脚和4脚分别接+15V和-15V电源，一号运算放大器的同相输入端2脚和输出端1脚相连，一号运算放大器的1脚与二号运算放大器的反相输入端3脚相连。
本实用新型中，所述的方形波整形回路包括光电耦合器，二号运算放大器的输出端1脚接到光电耦合器的发光二极管负端2脚，光电耦合器的1脚通过五号电阻接到+15V电源；光电耦合器的3脚接地，4脚通过六号电阻接到CPU供电电源正端，同时4脚接到CPU的输入捕捉管脚上。
本实用新型中，所述的小电压形成回路由四号电阻、二极管组成，二极管的负端接地，正端经四号电阻连接到+15V电源上，同时二极管正端连接到二号运算放大器的同相输入端2脚上。
本实用新型中，所述的二阶阻容滤波回路包括一号电阻，一号电阻分别与一号电容和二号电阻连接，二号电阻连接二号电容，一号电容、二号电容接地。
本实用新型中，所述的三号电阻的电阻为1MΩ。本实用新型的工作原理：二次PT输入的保护信号VA经过二阶阻容滤波，滤去高频成分后，通过一个运放构成的电压跟随电路，进入到比较器中，与一个小电压形成回路形成的约为0.7V左右的小电压比较，比较器根据VA的输入值和0.7V的比较结果输出+15V或者-15V，使与之相连的光耦截止或者导通，进而引起光耦受光器正端电平的跳变，CPU的输入捕获管脚将可以捕获到此电平的跳变，从而得到输入信号的过零点，根据两次电平跳变的时间差即可计算到输入信号的频率值。
有益效果：本实用新型将低频交流信号的输入量，经过二阶阻容滤波后，通过比较器与设定的小电压比较输出不同的电平，然后驱动光耦生成方波信号，使得CPU能够简单的得到输入信号过零点，从而计算到输入信号的频率。二阶阻容滤波回路可以滤去高频干扰，提高计算精度；设定的小电压门槛可以有效的防止信号输入回路空载时的过零干扰；比较器和光耦的运用直接实现了交流信号到方波波形的转换，可以很大程度的减少CPU的计算负担，光耦同时起到了很好的隔离作用，电路简单实用。
总之本低频交流信号的频率测量回路硬件开销小、抗干扰能力强、简单易行且精度较高。
附图说明
图示为本实用新型的电路图。
具体实施方式：
图示是本实用新型电路原理示意图，下面结合附图，对本实用新型的技术方案做进一步的具体说明。
如图所示，由一号电阻R1、一号电容C1、二号电阻R2、二号电容C2组成的二阶阻容滤波回路并联两个反向串接的二极管Z1、Z2后，再并联一个1MΩ的三号电阻R3，之后与一号运算放大器U1A的反相输入端3脚相连，一号运算放大器U1A的8脚和4脚分别接+15V和-15V电源，一号运算放大器U1A的同相输入端2脚和输出端1脚相连，构成一个电压跟随器。
一号运算放大器U1A的1脚与二号运算放大器U2A的反相输入端3脚相连，二号运算放大器U2A的同相输入端2脚(即P2点)分别连接四号电阻R4和二极管D1。四号电阻R4一端接+15V，另一端接二极管D1正端，二极管D1负端接地。
二号运算放大器U2A的输出端1脚连接到光电耦合器OC1的发光二极管负端2脚，光电耦合器OC1的发光二极管正端经过五号电阻R5连接到+15V电源，光电耦合器OC1的3脚接地，光电耦合器OC1的4脚通过六号电阻R6接到CPU供电电源正端VCC，同时4脚接到CPU的输入捕捉管脚HSIO上
图中，一号电阻R1、一号电容C1、二号电阻R2、二号电容C2组成二阶阻容滤波回路；一号运算放大器U1A为一个电压跟随器；四号电阻R4、二极管D1组成小电压形成回路；二号运算放大器U2A为电压比较器；二号运算放大器U2A和光电耦合器OC1、五号电阻R5、六号电阻R6一起组成了方形波整形回路。
交流输入信号VA经过二阶阻容滤波回路滤去其中的高频成分后输入到电压跟随器，即一号运算放大器U1A的3脚，一号运算放大器U1A输出信号进入到电压比较器即二号运算放大器U2A的反相输入端3脚。二极管D1负端接地，正端经电阻四号R4上接到+15V电源上后，在二极管D1上(图中的P3点)将形成小的门槛比较电压大小约为0.7V。小门槛电压接入到电压比较器二号运算放大器U2A的同相输入端2脚上。当二号运算放大器U2A上的反向输入电压小于0.7V时候，二号运算放大器U2A的输出端1脚将输出+15V电压到光电耦合器OC1的1脚，光电耦合器OC1的发光二极管不通，光耦截止，光电耦合器OC1的4脚将因为通过六号电阻R6上拉到VCC而输出高电平；当二号运算放大器U2A上的反向输入电压大于0.7V时候，二号运算放大器U2A的输出端1脚将输出-15V电压到光电耦合器OC1的1脚，光电耦合器OC1的发光二极管导通，光电耦合器OC1的4脚将因为光耦导通接地而输出低电平。因此，输入电压VA通过与小电压形成回路生成的门槛电压的比较在CPU的输入捕捉输入点(P4点)上得到了对应的方波电压，CPU根据方波的上升或者下降沿很方便的计算到输入信号的频率值。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种继电保护装置中的低频交流信号测量模块，其特征在于：它包括二阶阻容滤波回路，所述的二阶阻容滤波回路并联两个反向串接的二极管，再与三号电阻并联，并与电压跟随器相连；电压跟随器的输出端连接二号运算放大器的反相输入端，二号运算放大器的8脚和4脚分别接+15V和-15V电源，二号运算放大器的同相输入端与一个小电压形成回路相连；二号运算放大器的输出端连接方形波整形回路。
2.根据权利要求1所述的继电保护装置中的低频交流信号测量模块，其特征在于：所述的电压跟随器为一号运算放大器，二阶阻容滤波回路与一号运算放大器的反相输入端3脚相连；一号运算放大器的8脚和4脚分别接+15V和-15V电源，一号运算放大器的同相输入端2脚和输出端1脚相连，一号运算放大器的1脚与二号运算放大器的反相输入端3脚相连。
3.根据权利要求1所述的继电保护装置中的低频交流信号测量模块，其特征在于：所述的方形波整形回路包括光电耦合器，二号运算放大器的输出端1脚接到光电耦合器的发光二极管负端2脚，光电耦合器的1脚通过五号电阻接到+15V电源；光电耦合器的3脚接地，4脚通过六号电阻接到CPU供电电源正端，同时4脚接到CPU的输入捕捉管脚上。
4.根据权利要求1所述的继电保护装置中的低频交流信号测量模块，其特征在于：所述的小电压形成回路由四号电阻、二极管组成，二极管的负端接地，正端经四号电阻连接到+15V电源上，同时二极管正端连接到二号运算放大器的同相输入端2脚上。
5.根据权利要求1所述的继电保护装置中的低频交流信号测量模块，其特征在于：所述的二阶阻容滤波回路包括一号电阻，一号电阻分别与一号电容和二号电阻连接，二号电阻连接二号电容，一号电容、二号电容接地。
6.根据权利要求1所述的继电保护装置中的低频交流信号测量模块，其特征在于：所述的三号电阻的电阻为1MΩ。
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