CN209707579U - 一种四路交流电流有效值快速同步测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种四路交流电流有效值快速同步测量装置，包括依次串联的交流电流信号预处理电路、同步模数转换ADC、微处理单元、同步数模转换ADC和测量信号输出电路，其中所述的交流电流信号预处理电路包括用于分别连接交流电传输线路的三相和中性线共四路线路的四个独立预处理单元。本实用新型的技术效果在于，能在交流电流周期内即测量出电流有效值，克服现有电力线路交流电流有效值测量时间过长的缺点，满足快速检测的要求，为智能电网提供快速可靠的信号测量装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及交流输电线路电流检测领域，特别涉及一种四路交流电流有效值快速同步测量装置。
背景技术
交流电流的测量值一般是以有效值表示的，常用的测量装置是把交流电流进行整流，滤波等处理而得到。这些处理步骤是为了保证测量精度，但是这些处理步骤需要一定的处理时间，经过这些处理步骤再得到的测量结果，会需要经过几个周期的时间才能最终得到，从而造成测量值远滞后于实时值。在50Hz的电力线路电流测量中，这种延时一般要60ms(三个交流电流周期)以上，这样在许多诸如柔性接地故障处理等应用中，因为延时太大而无法满足及时性要求。
发明内容
为了克服现有电流有效值测量延时过大的技术问题，本实用新型提供了一种能够有效降低测量延时的四路交流电流有效值快速同步测量装置。
为了实现上述技术效果，本实用新型的技术方案是；
一种四路交流电流有效值快速同步测量装置，包括依次串联的交流电流信号预处理电路、同步模数转换ADC、微处理单元、同步数模转换ADC和测量信号输出电路，其中所述的交流电流信号预处理电路包括用于分别连接交流电传输线路的三相和中性线共四路线路的四个独立预处理单元。
所述的一种四路交流电流有效值快速同步测量装置，所述的交流电流信号预处理电路中四个独立预处理单元均包括依次串联的电流互感器、电流转电压电路和电压放大处理电路，所述的电流互感器的输入端连接被测端，电压放大处理电路的输出端连接同步模数转换ADC的输入端。
所述的一种四路交流电流有效值快速同步测量装置，所述的电流互感器的一次绕阻上串联有限流电阻，电流互感器的二次绕阻连接至电流转电压电路。
所述的一种四路交流电流有效值快速同步测量装置，所述的电流转电压电路包括第一运算放大器和电流转电压电阻，所述的第一运算放大器的反相输入端和同相输入端分别连接至电流互感器，电流转电压电阻串联于第一运算放大器的反相输入端和输出端之间，同相输入端接地，第一运算放大器的输出端连接至电压放大处理电路。
所述的一种四路交流电流有效值快速同步测量装置，所述的电压放大处理电路包括第二运算放大器、第一放大电阻、第二放大电阻、第一电阻、第二电阻和电压调节电位器，所述的第二运算放大器的反相输入端通过第一放大电阻串联至电流转电压电路，第二放大电阻串联于反相输入端和输出端之间，电压调节电位器的两个静触点分别连接至输出端和同相输入端，动触点连接至同步模数转换ADC，且同相输入端和静触点之间串联有第一电阻和第二电阻，第一电阻和第二电阻之间接地，第二运算放大器连接电源。
所述的一种四路交流电流有效值快速同步测量装置，所述的测量信号输出电路包括分别输出代表交流电传输线路的三相和中性线共四路线路的四个独立输出单元。
所述的一种四路交流电流有效值快速同步测量装置，所述的测量信号输出电路的四个独立输出单元均包括依次串联的电压驱动电路和过压保护电路，所述的电压驱动电路的输入端连接同步数模转换ADC的输出端，电压驱动电路的输出端输出测量结果，所述的过压保护电路连接在电压驱动电路的输出端上。
本实用新型的技术效果在于，能在交流电流周期内即测量出电流有效值，克服现有电力线路交流电流有效值测量时间过长的缺点，满足快速检测的要求，为智能电网提供快速可靠的信号测量装置。
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型中电流互感器，电流转电压电路和电压放大电路接线图。
具体实施方式
本实用新型利用电流互感器获得电流信号，转换成电压后送ADC把要测量的交流电流转换为数字信号，通过高速微计算机处理单元MCU，在一个交流周期内交流有效值公式计算出有效值，再通过数字到模拟电压转换器DAC，转换成对应的有效值模拟电压输出。
由公知常识可知，交流电流u(t)有效值U的定义为：
其中T为周期，若将电流有效值U在一个周期内离散化，用N个采样电流的数字量um(m＝1到N)来代替一个周期内连续变化的电流函数值，则有：
故本实用新型利用ADC把要测量的交流电流转换为数字信号，通过高速微计算机处理单元MCU，在一个交流周期内按上述公式计算出有效值，再通过数字到模拟电压转换器DAC，转换成模拟电压输出。
本实用新型装置的具体结构如图1所示。由四路电流互感器1，四路电流转电压电路2，四路电压放大处理电路3，16Bit同步模数转换ADC4，微计算机处理单元5，16Bit同步数模转换DAC6，四路电压驱动电路7，四路电压输出保护电路8组成。
所述四路电流互感器1与四路电流转电压电路2，四路电压放大处理电路3，16Bit同步模数转换ADC4依次相连。
图2是四路中某一路的具体电路图。电流互感器采用2ma:2ma的标准电流互感器，电流输入A和B分别接外部电流互感器或被测线路电流的两端。限流电阻的作用是当外部输入电流大于2ma时，调节输入电流互感器的电流在2ma以内，以扩大本装置的电流测量范围。限流电阻的取值为0Ω到300kΩ。由运放和电流转电压电阻组成电流转电压电路，运放采用精密低漂移运放，正负电源供电，以保证交流电流的负半周波形不失真。
所述16Bit同步模数转换ADC4为A/D转换器，型号为AD7606-4，具有同步采样保持器和可编程四阶数字滤波器，字长为16bit，可对正负输入电压进行转换，二进制补码输出。
所述MCU5为微计算机处理单元，采用STM32系列高速处理芯片，其完成16bit求平方根运算时间为18微秒。四路运算时间小于81微秒。
所述16Bit同步数模转换DAC6为D/A转换器，型号为DAC8534，具有高速SPI接口和同步输出控制，字长为16bit，四路独立输出信号为0到5V电压。
所述16Bit同步数模转换DAC6的四路电压输出分别与四路电压驱动电路7，四路电压输出保护电路8依次连接。
Claims (7)
1.一种四路交流电流有效值快速同步测量装置，其特征在于，包括依次串联的交流电流信号预处理电路、同步模数转换ADC、微处理单元、同步数模转换ADC和测量信号输出电路，其中所述的交流电流信号预处理电路包括用于分别连接交流电传输线路的三相和中性线共四路线路的四个独立预处理单元。
2.根据权利要求1所述的一种四路交流电流有效值快速同步测量装置，其特征在于，所述的交流电流信号预处理电路中四个独立预处理单元均包括依次串联的电流互感器、电流转电压电路和电压放大处理电路，所述的电流互感器的输入端连接被测端，电压放大处理电路的输出端连接同步模数转换ADC的输入端。
3.根据权利要求2所述的一种四路交流电流有效值快速同步测量装置，其特征在于，所述的电流互感器的一次绕阻上串联有限流电阻，电流互感器的二次绕阻连接至电流转电压电路。
4.根据权利要求2所述的一种四路交流电流有效值快速同步测量装置，其特征在于，所述的电流转电压电路包括第一运算放大器和电流转电压电阻，所述的第一运算放大器的反相输入端和同相输入端分别连接至电流互感器，电流转电压电阻串联于第一运算放大器的反相输入端和输出端之间，同相输入端接地，第一运算放大器的输出端连接至电压放大处理电路。
5.根据权利要求2所述的一种四路交流电流有效值快速同步测量装置，其特征在于，所述的电压放大处理电路包括第二运算放大器、第一放大电阻、第二放大电阻、第一电阻、第二电阻和电压调节电位器，所述的第二运算放大器的反相输入端通过第一放大电阻串联至电流转电压电路，第二放大电阻串联于反相输入端和输出端之间，电压调节电位器的两个静触点分别连接至输出端和同相输入端，动触点连接至同步模数转换ADC，且同相输入端和静触点之间串联有第一电阻和第二电阻，第一电阻和第二电阻之间接地，第二运算放大器连接电源。
6.根据权利要求1所述的一种四路交流电流有效值快速同步测量装置，其特征在于，所述的测量信号输出电路包括分别输出代表交流电传输线路的三相和中性线共四路线路的四个独立输出单元。
7.根据权利要求6所述的一种四路交流电流有效值快速同步测量装置，其特征在于，所述的测量信号输出电路的四个独立输出单元均包括依次串联的电压驱动电路和过压保护电路，所述的电压驱动电路的输入端连接同步数模转换ADC的输出端，电压驱动电路的输出端输出测量结果，所述的过压保护电路连接在电压驱动电路的输出端上。
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