CN204789716U - 一种应用于电力仪表的三相交流电压电流采集电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种应用于电力仪表的三相交流电压电流采集电路，在多功能电力仪表上应用了基于差动放大器的三相交流电压电流采集电路，然后经过单片机对信号进行A/D转换，单片机对转换后的数据进行算法处理，用于电参量、谐波等电能质量的分析与检测。所用的差动放大电路，不仅能有效地放大交流信号，而且能有效地减小由于电源波动和晶体管随温度变化等引起的零点漂移。可以对电流电压采样原始数据进行采集和记录。

Description

一种应用于电力仪表的三相交流电压电流采集电路

技术领域

本实用新型涉及配电系统测量技术领域，具体是一种应用于电力仪表的三相交流电压电流采集电路。

背景技术

配电系统中电力仪表可测量电压、电流、功率、电能等等电参量。在现有的三相多功能仪表的交流电采集电路中，大多使用专用的计量芯片，如炬泉的ATT7022，万高的V9003，以及ADE7758等。计量芯片可以直接把所需的测量数据，如电压、电流、功率、电能等数据采集记录，硬件采集电路比较简单，但是不能满足对电流、电压采样原始数据进行采集和记录的需求，从而造成仪表对电网谐波测量等电能质量的分析、以及故障录波困难。

实用新型内容

本实用新型提出一种应用于电力仪表的三相交流电压电流采集电路，解决了现有技术中采用专用计量芯片，无法对电流、电压采样原始数据进行采集和记录的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种应用于电力仪表的三相交流电压电流采集电路，包括电压采样回路、电流采样回路和频率测量回路；

所述电压采样回路包括第一采样电路和第一放大电路，所述第一采样电路包括电压互感器T1，所述电压互感器T1的一个输入端连接有输入电阻，所述电压互感器T1的一个输出端与第一滤波电感L1的一端相连，所述电压互感器T1的另一个输出端与第二滤波电感L2的一端相连，第一滤波电感L1的另一端与第二滤波电感L2的另一端之间连接有第一采样电阻R3，所述第一采样电阻R3的两端与所述第一放大电路相连；

所述电流采样回路包括第二采样电路和第二放大电路，所述第二采样电路包括电流互感器CT，所述电流互感器CT的一个输出端与第三滤波电感L3的一端相连，所述电流互感器CT的一个输出端与第四滤波电感L4的一端相连，第三滤波电感L3的另一端与第四滤波电感L4的另一端之间连接有第二采样电阻R9，所述第二采样电阻R9的两端与所述第二放大电路相连。

进一步地，所述第一放大电路包括第一运放U1，第一运放U1的“-”输入端经电阻R4连接第一采样电阻R3的一端，第一运放U1的“+”输入端经电阻R5连接第一采样电阻R3的另一端，第一运放U1的“+”输入端经电阻R7连接参考电压VREF，第一运放U1的“-”输入端经电阻R6连接至第一运放U1的输出端，第一运放U1的输出端经电阻R8和电容C1接地。

进一步地，所述第二放大电路包括第二运放U2，第二运放U2的“-”输入端经电阻R10连接第二采样电阻R9的一端，第二运放U2的“+”输入端经电阻R11连接第二采样电阻R9的另一端，第二运放U2的“+”输入端经电阻R13连接参考电压VREF，第二运放U2的“-”输入端经电阻R12连接至第二运放U2的输出端，第二运放U2的输出端经电阻R14和电容C2接地。

进一步地，所述输入电阻包括串联的电阻R1和电阻R2。

进一步地，所述频率测量回路包括第三运放U3和第四运放U4；

所述第三运放U3的“+”输入端接参考电压VREF；第三运放U3的“-”输入端经电容C4、电阻R16后接参考电压VREF；第三运放U3的“-”输入端经电容C4、电阻R15后接所述第一运放U1的输出端；第三运放U3的“-”输入端经电容C4、电容C3后接第三运放U3的输出端；第三运放U3的“-”输入端经电阻R17后接第三运放U3的输出端；

第三运放U3的输出端经电阻R18后接所述第四运放U4的“-”输入端；第四运放U4的“-”输入端经电阻R19接第四运放U4的输出端；第四运放U4的“+”输入端接参考电压VREF；第四运放U4的输出端接有上拉电阻R20，第四运放U4的输出端经电容C6接地。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型结构简单，灵敏度高；通过基于差动放大器的三相交流电压电流采集电路采集信号，然后经过单片机对信号进行A/D转换，单片机对转换后的数据进行算法处理，用于电参量、谐波等电能质量的分析与检测。所用的差动放大电路，不仅能有效地放大交流信号，而且能有效地减小由于电源波动和晶体管随温度变化等引起的零点漂移。可以对电流电压采样原始数据进行采集和记录。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是电压采样回路一个实施例的电路图；

图2是电流采样回路一个实施例的电路图；

图3是频率测量回路一个实施例的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例中的应用于电力仪表的三相交流电压电流采集电路，包括电压采样回路、电流采样回路和频率测量回路。

如图1所示，电压采样回路包括第一采样电路和第一放大电路，第一采样电路包括电压互感器T1，电压互感器T1的一个输入端连接有输入电阻，本实施例中，输入电阻包括串联的电阻R1和电阻R2。

电压互感器T1的一个输出端与第一滤波电感L1的一端相连，电压互感器T1的另一个输出端与第二滤波电感L2的一端相连，第一滤波电感L1的另一端与第二滤波电感L2的另一端之间连接有第一采样电阻R3，第一采样电阻R3的两端与第一放大电路相连。

本实施例中，第一放大电路包括第一运放U1，第一运放U1的“-”输入端经电阻R4连接第一采样电阻R3的一端，第一运放U1的“+”输入端经电阻R5连接第一采样电阻R3的另一端，第一运放U1的“+”输入端经电阻R7连接参考电压VREF，第一运放U1的“-”输入端经电阻R6连接至第一运放U1的输出端，第一运放U1的输出端经电阻R8和电容C1接地。

本实施例中，R1＝R2＝100kΩ，R3＝200Ω，R4＝R5＝2kΩ，R6＝R7＝4.7kΩ，R8＝33Ω，T1采用PT31B-02-2mA/2mA，L1和L2采用MPZ2012S102A，U1采用TLC2264，C1＝0.01μF，VREF＝1.25V。

UA和Un是交流电压输入，用R1、R2(选用精度0.1％功率1w的RJM160207系列的电阻)把电压信号变为电流信号，然后经过PT31B-02-2mA/2mA的互感器把信号隔离，L1和L2有效的滤去差模干扰，而R3为0.1％的采样电阻，把电流信号转化为电压信号。

当表的量程为380V时，R1、R2输入总电阻为200K，当表的量程为100V时，R1选用100K，R2短接。

得到的电压信号经过放大和滤波，输送给单片机进行A/D转换和数据处理，有效地减小由于电源波动和晶体管随温度变化等引起的零点漂移。

R4，R5，R6，R7为0.1％，0805的精密电阻。

本实施例中，电压通道的信号：220V/200KΩ＝1.1mA，1.1mA*200Ω＝220mV，

UA_IN的信号幅度＝1.25V±0.22*(4.7/2)*1.2*1.414＝1.25±0.87。

如图2所示，电流采样回路包括第二采样电路和第二放大电路，第二采样电路包括电流互感器CT，电流互感器CT的一个输出端与第三滤波电感L3的一端相连，电流互感器CT的一个输出端与第四滤波电感L4的一端相连，第三滤波电感L3的另一端与第四滤波电感L4的另一端之间连接有第二采样电阻R9，第二采样电阻R9的两端与第二放大电路相连。

本实施例中，第二放大电路包括第二运放U2，第二运放U2的“-”输入端经电阻R10连接第二采样电阻R9的一端，第二运放U2的“+”输入端经电阻R11连接第二采样电阻R9的另一端，第二运放U2的“+”输入端经电阻R13连接参考电压VREF，第二运放U2的“-”输入端经电阻R12连接至第二运放U2的输出端，第二运放U2的输出端经电阻R14和电容C2接地。

本实施例中，R9＝100Ω，R10＝R11＝2kΩ，R12＝R13＝4.7kΩ，R14＝33Ω，L3和L4采用MPZ2012S102A，U2采用TLC2264，C2＝0.01μF，VREF＝1.25V。

电流互感器CT选用5A/2.5mA精密互感器，L3、L4有效的滤去差模干扰，而R9为0.1％，0805精密采样电阻，把电流信号转化为电压信号。

得到的电压信号经过放大和滤波，输送给单片机进行A/D转换和数据处理，有效地减小由于电源波动和晶体管随温度变化等引起的零点漂移。

R10，R11，R12，R13为0.1％，0805的精密电阻。

本实施例中，电流通道的信号：2.5mA*100Ω＝0.25V，

IA_IN的信号幅度＝1.25V±0.25*(4.7/2)*1.2*1.414＝1.25±0.99。

如图3所示，频率测量回路包括第三运放U3和第四运放U4。

第三运放U3的“+”输入端接参考电压VREF；第三运放U3的“-”输入端经电容C4、电阻R16后接参考电压VREF；第三运放U3的“-”输入端经电容C4、电阻R15后接第一运放U1的输出端；第三运放U3的“-”输入端经电容C4、电容C3后接第三运放U3的输出端；第三运放U3的“-”输入端经电阻R17后接第三运放U3的输出端。

第三运放U3的输出端经电阻R18后接第四运放U4的“-”输入端；第四运放U4的“-”输入端经电阻R19接第四运放U4的输出端；第四运放U4的“+”输入端接参考电压VREF；第四运放U4的输出端接有上拉电阻R20，第四运放U4的输出端经电容C6接地。

本实施例中，R15＝R16＝200kΩ，R17＝1MΩ，R18＝2kΩ，R19＝200kΩ，R20＝20kΩ，C3＝C3＝C4＝C6＝0.01μF，C5＝0.1μF，VREF＝1.25V。U3采用TLC2264，U4采用TL331。

前半部分为带通滤波器的应用，经过计算中心频率fs＝50.4Hz，带宽31.84Hz，后半部分为100倍的反向放大器，因为TL331为集电极开路输出，R20(20KΩ)的上拉电阻不能省去。输出的U_HZ直接接到单片机的A/D口，经过单片机的数据转换处理，得到电网的频率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种应用于电力仪表的三相交流电压电流采集电路，其特征在于，包括电压采样回路、电流采样回路和频率测量回路；

所述电压采样回路包括第一采样电路和第一放大电路，所述第一采样电路包括电压互感器T1，所述电压互感器T1的一个输入端连接有输入电阻，所述电压互感器T1的一个输出端与第一滤波电感L1的一端相连，所述电压互感器T1的另一个输出端与第二滤波电感L2的一端相连，第一滤波电感L1的另一端与第二滤波电感L2的另一端之间连接有第一采样电阻R3，所述第一采样电阻R3的两端与所述第一放大电路相连；

所述电流采样回路包括第二采样电路和第二放大电路，所述第二采样电路包括电流互感器CT，所述电流互感器CT的一个输出端与第三滤波电感L3的一端相连，所述电流互感器CT的一个输出端与第四滤波电感L4的一端相连，第三滤波电感L3的另一端与第四滤波电感L4的另一端之间连接有第二采样电阻R9，所述第二采样电阻R9的两端与所述第二放大电路相连。

2.如权利要求1所述的一种应用于电力仪表的三相交流电压电流采集电路，其特征在于，所述第一放大电路包括第一运放U1，第一运放U1的“-”输入端经电阻R4连接第一采样电阻R3的一端，第一运放U1的“+”输入端经电阻R5连接第一采样电阻R3的另一端，第一运放U1的“+”输入端经电阻R7连接参考电压VREF，第一运放U1的“-”输入端经电阻R6连接至第一运放U1的输出端，第一运放U1的输出端经电阻R8和电容C1接地。

3.如权利要求1所述的一种应用于电力仪表的三相交流电压电流采集电路，其特征在于，所述第二放大电路包括第二运放U2，第二运放U2的“-”输入端经电阻R10连接第二采样电阻R9的一端，第二运放U2的“+”输入端经电阻R11连接第二采样电阻R9的另一端，第二运放U2的“+”输入端经电阻R13连接参考电压VREF，第二运放U2的“-”输入端经电阻R12连接至第二运放U2的输出端，第二运放U2的输出端经电阻R14和电容C2接地。

4.如权利要求1所述的一种应用于电力仪表的三相交流电压电流采集电路，其特征在于，所述输入电阻包括串联的电阻R1和电阻R2。

5.如权利要求2所述的一种应用于电力仪表的三相交流电压电流采集电路，其特征在于，所述频率测量回路包括第三运放U3和第四运放U4；

所述第三运放U3的“+”输入端接参考电压VREF；第三运放U3的“-”输入端经电容C4、电阻R16后接参考电压VREF；第三运放U3的“-”输入端经电容C4、电阻R15后接所述第一运放U1的输出端；第三运放U3的“-”输入端经电容C4、电容C3后接第三运放U3的输出端；第三运放U3的“-”输入端经电阻R17后接第三运放U3的输出端；

第三运放U3的输出端经电阻R18后接所述第四运放U4的“-”输入端；第四运放U4的“-”输入端经电阻R19接第四运放U4的输出端；第四运放U4的“+”输入端接参考电压VREF；第四运放U4的输出端接有上拉电阻R20，第四运放U4的输出端经电容C6接地。