CN209117760U - 一种电力系统正弦电压频率测量电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电力系统正弦电压频率测量电路，涉及电力系统技术领域，包括：前级滤波电路、后级正弦方波电路，前级滤波电路的输出端与后级正弦方波电路的输入端连接，前级滤波电路包括电压互感器、滤波电路，电压互感器的输出端与滤波电路的输入端连接；后级正弦方波电路包括电压比较电路、反相电路，电压比较电路的输出端与反相电路的输入端连接，滤波电路的输出端与所述电压比较电路的输入端连接。本实用新型优点在于：本测频电路的前级滤波电路能够有效防止一些波动信号传输给CPU，通过后级正弦方波电路将正弦波转换为方波测量电力系统中电压频率，并将频率传输给二次设备，二次设备采取相应的措施，保证了频率的稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力系统技术领域，更具体涉及一种电力系统正弦电压频率测量电路。
背景技术
频率是电力系统稳定的重要检测量，稳定的频率是电力系统安全稳定运行的重要保障，因此保持频率在允许范围内是电力系统运行的重要任务之一。目前电力系统负荷的不稳定性，导致输配电缆中电压频率存在不同程度的变化。频率的不稳定性，导致输配电缆中电压频率存在不同程度的变化。频率的不稳定性，就可能导致其他一系列的问题，继而影响电力系统的安全稳定。所以，频率检测是当前需要解决的问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于输配电缆中电压频率存在不同程度的变化，影响电力系统的安全稳定。
本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的，具体技术方案如下：
一种电力系统正弦电压频率测量电路，包括：前级滤波电路、后级正弦方波电路，所述前级滤波电路的输出端与所述后级正弦方波电路的输入端连接，所述前级滤波电路包括电压互感器、滤波电路，所述电压互感器的输出端与所述滤波电路的输入端连接；所述后级正弦方波电路包括电压比较电路、反相电路，所述电压比较电路的输出端与所述反相电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端与所述电压比较电路的输入端连接，电压互感器的输入端作为前级滤波电路的输入端，反相电路的输出端作为后级正弦方波电路的输出端。
更进一步地，所述滤波电路包括第一瞬变二极管D1、第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2，共模电感L1，所述第一瞬变二极管D1、第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2之间进行并联，并联的第一瞬变二极管D1、第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2的一端与电压互感器的第六引脚、共模电感L1的第一引脚连接，并联的第一瞬变二极管D1、第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2的另一端与电压互感器的第四引脚、共模电感L1的第二引脚连接，共模电感L1的第四引脚接地，共模电感L1的第三引脚作为滤波电路的输出端并与电压比较电路的输入端连接。
更进一步地，所述电压比较电路包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、电压比较器、第五电阻R5、第六电阻R6、第三电容C3、第七电阻R7，所述第二电阻R2的一端与所述滤波电路的输出端连接，所述第二电阻R2的另一端与所述电压比较器的反相输入端连接，第三电阻R3的一端连接在所述第二电阻R2的另一端与所述电压比较器的反相输入端连接线上，第四电阻R4的一端与第五电阻R5的一端连接，第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的另一端都接电源，第五电阻R5的另一端接地，电压比较器的同相输入端连接在第四电阻R4的一端与第五电阻R5的一端连接线上，第六电阻R6的一端与电压比较器的输出端连接，第六电阻R6的另一端连接在电压比较器的同相输入端与第五电阻R5的一端连接线上，所述电压比较器的输出端与反向电压比较器的输入端连接，电压比较器的接地端接地，电压比较器的电源端与电源连接，第三电容C3的一端连接在电压比较器的电源端与电源连接线上，第三电容C3的另一端接地。
更进一步地，所述反相电路包括非门、第二瞬态二极管D2，所述非门的第二引脚与第三引脚连接，非门的第四引脚为输出端，非门的第一引脚为非门的输入端，第二瞬态二极管D2的负极与非门的第四引脚连接，第二瞬态二极管D2的正极接地。
更进一步地，所述电压互感器选用TR1102型号。
更进一步地，所述电压比较器选用LM293型号。
更进一步地，所述非门选用SN74HC04D。
本实用新型相比现有技术具有以下优点：
本实用新型能够用于电压频率波动大，范围广的电力二次设备中，本测频电路的前级滤波电路能够有效防止一些波动信号传输给CPU，通过后级正弦方波电路将正弦波转换为方波测量电力系统中电压频率，保证了频率的稳定性；本测频电路结构简单，灵敏度高，抗干扰性能力强，保证了二次设备稳定可靠的运行，具有较好的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型实施例的一种电力系统正弦电压频率测量电路的结构示意图。
图2为本实用新型实施例的一种电力系统正弦电压频率测量电路的前级滤波电路。
图3为本实用新型实施例的一种电力系统正弦电压频率测量电路的后级正弦方波电路。
图4为本实用新型实施例的一种电力系统正弦电压频率测量电路的仿真图。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种电力系统正弦电压频率测量电路，包括：前级滤波电路、后级正弦方波电路，前级滤波电路的输出端与后级正弦方波电路的输入端连接，前级滤波电路包括电压互感器、滤波电路，电压互感器的输出端与滤波电路的输入端连接；后级正弦方波电路包括电压比较电路、反相电路，电压比较电路的输出端与反相电路的输入端连接，滤波电路的输出端与电压比较电路的输入端连接，电压互感器的输入端作为前级滤波电路的输入端，反相电路的输出端作为后级正弦方波电路的输出端。
如图2所示，滤波电路包括瞬变二极管D1、电阻R1、电容C1、电容C2，共模电感L1，瞬变二极管D1、电阻R1、电容C1、电容C2之间进行并联，将并联的瞬变二极管D1、电阻R1、电容C1、电容C2的一端与电压互感器T1的引脚6、共模电感L1的引脚1连接，并联的瞬变二极管D1、电阻R1、电容C1、电容C2的另一端与电压互感器的引脚4、共模电感L1的引脚2连接，共模电感L1的引脚4接地，共模电感L1的引脚3作为滤波电路的输出端OUT1并与电压比较电路的输入端IN连接，电压互感器T1的引脚1、2、3作为输入端，输入外部正弦交流电压，正弦交流电压的范围100V-450V。其中，电压互感器T1选用TR1102型号，电压工作在150V/3.53V范围。电阻R1的阻值为14K，电容C1的容值为100pF，电容C2的容值为4.7nF。
如图3所示，电压比较电路包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电压比较器U1、电阻R5、电阻R6、电容C3、电阻R7，电阻R2的一端与滤波电路的输出端OUT1连接，电阻R2的另一端与电压比较器U1的反相输入端连接，电阻R3的一端连接在电阻R2的另一端与电压比较器U1的反相输入端连接线上，电阻R4的一端与电阻R5的一端连接，电阻R3的另一端、电阻R4的另一端都接电源V1，电阻R5的另一端接地，电压比较器U1的同相输入端连接在电阻R4的一端与电阻R5的一端连接线上，电阻R6的一端与电压比较器U1的输出端连接，电阻R6的另一端连接在电压比较器U1的同相输入端与电阻R5的一端连接线上，电压比较器U1的输出端与反向电压比较器的输入端连接，电压比较器的接地端接地，电压比较器U1的电源端与电源V3连接，电容C3的一端连接在电压比较器的电源端与电源连接线上，电容C3的另一端接地。
反相电路包括非门U2、瞬态二极管D2，为方便理解，本实施例中将非门U2分为两个反向器U2A、U2B，非门的引脚2与引脚3连接，非门的引脚4为输出端，非门的引脚1为反向电压比较电路的输入端，瞬态二极管D2的负极与非门的引脚4连接，瞬态二极管D2的正极接地。其中，电压比较器U1选用LM293，非门U2选用SN74HC04D。电阻R2的阻值为10K、电阻R3的阻值为200K,电阻R4的阻值为200K，电阻R5的阻值为10K，电阻R6的阻值为10M，电阻R7的阻值为10K，电容C3的容值为0.1uF/25V，电源V1、V2的值为5V。
具体的，前级滤波电路中电压互感器T1将大于100V的正弦交流电压转换为0-3.53V相同频率的正弦波进行输出，电压互感器T1的输出端接滤波电路的输入端，滤波电路中瞬态二极管D1用于浪涌跟快瞬中的防护，电阻R1用于互感器一级线圈断电时，次级线圈中电流的释放，电容C1为100pF，电容C2为4.7nF，容值较小，能够通过它的频率就越大，电压互感器T1正常使用时，它的频率在100Hz以内，这样容抗是338799，通过它的电压几乎为零，共模电感L1能够有效滤除电路中的共模电流，前级滤波电路主要用于浪涌跟快瞬变的防护，滤除电路中的高频部分，提供电力系统的稳定性。
后级正弦转方波电路中对正弦信号进行频率测量，电压比较器U1为过零比较器，将输入正弦波的正半部分转换为0，负半部分转换为+5V，再通过非门，保证电压比较器输出波形的有效性，同时防止浪涌脉冲实验冲击信号传入CPU中，在测频的两端做了隔离保护，保证装置的正常运行。
后级正弦转方波电路主要应用了电压比较器U1，非门U2。图中Vref为参考门限电压，根据叠加定理，得：
Vref＝R5*V0/(R5+R6)+R5*V1/(R2+R5)
根据LM293数据手册可知，VOH为80mV，电阻R6为10MΩ，电阻R5分得的电压可视为0V；电源V1＝5V，电阻R2＝200K。则，
Vref＝R5*V1/(R4+R5)＝0.238V
根据电压比较器的特性，续断I2＝I3＝0A。
根据输入电压V1的不同情况，求电压V0：
1)当Vi输入的正弦波为0时，V2＝R5*V1/(R4+R5)＝0.238V；
2)当Vi>0时，根据叠加定理得：
V2＝R2*V1/(R2+R3)+R3Vi/(R2+R3)>Vref，则V0＝0V；
3)当Vi<0时，根据叠加定理得：
V2＝R2*V1/(R2+R3)+R3Vi/(R2+R3)<Vref，则V0＝80mV；
具体的，如图4所示，电力系统正弦电压频率测量电路的仿真图，从图中可以看出将正弦转换为方波，能够有效测量方波的频率，频率的灵敏度高，抗干扰性强，能够有效保证二次设备稳定可靠的运行，具有良好的应用前景。
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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电力系统正弦电压频率测量电路，其特征在于，包括：前级滤波电路、后级正弦方波电路，所述前级滤波电路的输出端与所述后级正弦方波电路的输入端连接，所述前级滤波电路包括电压互感器、滤波电路，所述电压互感器的输出端与所述滤波电路的输入端连接；所述后级正弦方波电路包括电压比较电路、反相电路，所述电压比较电路的输出端与所述反相电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端与所述电压比较电路的输入端连接，电压互感器的输入端作为前级滤波电路的输入端，反相电路的输出端作为后级正弦方波电路的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种电力系统正弦电压频率测量电路，其特征在于，所述滤波电路包括第一瞬变二极管D1、第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2，共模电感L1，所述第一瞬变二极管D1、第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2之间进行并联，并联的第一瞬变二极管D1、第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2的一端与电压互感器的第六引脚、共模电感L1的第一引脚连接，并联的第一瞬变二极管D1、第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2的另一端与电压互感器的第四引脚、共模电感L1的第二引脚连接，共模电感L1的第四引脚接地，共模电感L1的第三引脚作为滤波电路的输出端并与电压比较电路的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种电力系统正弦电压频率测量电路，其特征在于，所述电压比较电路包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、电压比较器、第五电阻R5、第六电阻R6、第三电容C3、第七电阻R7，所述第二电阻R2的一端与所述滤波电路的输出端连接，所述第二电阻R2的另一端与所述电压比较器的反相输入端连接，第三电阻R3的一端连接在所述第二电阻R2的另一端与所述电压比较器的反相输入端连接线上，第四电阻R4的一端与第五电阻R5的一端连接，第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的另一端都接电源，第五电阻R5的另一端接地，电压比较器的同相输入端连接在第四电阻R4的一端与第五电阻R5的一端连接线上，第六电阻R6的一端与电压比较器的输出端连接，第六电阻R6的另一端连接在电压比较器的同相输入端与第五电阻R5的一端连接线上，所述电压比较器的输出端与反向电压比较器的输入端连接，电压比较器的接地端接地，电压比较器的电源端与电源连接，第三电容C3的一端连接在电压比较器的电源端与电源连接线上，第三电容C3的另一端接地。
4.根据权利要求3所述的一种电力系统正弦电压频率测量电路，其特征在于，所述反相电路包括非门、第二瞬态二极管D2，所述非门的第二引脚与第三引脚连接，非门的第四引脚为输出端，非门的第一引脚为非门的输入端，第二瞬态二极管D2的负极与非门的第四引脚连接，第二瞬态二极管D2的正极接地。
5.根据权利要求1所述的一种电力系统正弦电压频率测量电路，其特征在于，所述电压互感器选用TR1102型号。
6.根据权利要求3所述的一种电力系统正弦电压频率测量电路，其特征在于，所述电压比较器选用LM293型号。
7.根据权利要求4所述的一种电力系统正弦电压频率测量电路，其特征在于，所述非门选用SN74HC04D。
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