CN211928021U

CN211928021U - 一种变压器参数测量装置的三相电能数据采集电路

Info

Publication number: CN211928021U
Application number: CN202020065036.9U
Authority: CN
Inventors: 孙再超; 李文彬; 陈颖平; 宋斌; 施成云; 李佳; 白广三; 何宗雷; 张云; 罗明; 张国林; 方鹏兴
Original assignee: Lincang Power Supply Bureau of Yunnan Power Grid Co Ltd
Current assignee: Lincang Power Supply Bureau of Yunnan Power Grid Co Ltd
Priority date: 2020-01-13
Filing date: 2020-01-13
Publication date: 2020-11-13
Anticipated expiration: 2030-01-13

Abstract

本实用新型涉及一种变压器参数测量装置的三相电能数据采集电路，属电力数据采集领域。本实用新型包括电压信号采样和调理电路、电流信号采样和调理电路、计量芯片ATT7022CU及其外围电路；电压信号采样和调理电路、电流信号采样和调理电路分被用于进行变压器低压侧电压、电流的采集及调理使变压器低压侧的高电压、大电流信号转换为计量芯片ATT7022CU的采样端口允许输入的信号；计量芯片ATT7022CU及其外围电路用于计量变压器低压侧的电能数据。本实用新型用于调整变压器低压侧的高电压、大电流的信号，使之满足计量芯片ATT7022CU采样端口允许输入的信号的要求，且采集精度高、工作稳定性好、电路设计简单。

Description

一种变压器参数测量装置的三相电能数据采集电路

技术领域

本实用新型涉及一种变压器参数测量装置的三相电能数据采集电路，属于电力数据采集技术领域。

背景技术

三相电能数据采集电路的任务是保证变压器参数测量装置控制器在变压器各种运行状态下都能准确地测量配电变压器低压侧的三相电压、电流和有功功率等电能数据。采集三相交流电能数据的方法有多种，早期一般采用模拟方法，即积分电路、模拟乘法器或者ADC采样将电压、电流互感器二次侧输出的信号输入单片机，然后用比较复杂的算法进行计算。近年来，大量的基于DSP的测量方案涌现出来，DSP的硬件乘法器和流水线指令能大大简化算法并提高计算效率。但是，在相同的采样频率下，使用专用的电能计量芯片，可以节省主控芯片的空间，提高采样的精度，从而降低成本，缩短开发周期。因此，本文采用三相电能专用计量芯片来采集变压器低压侧的电能数据。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：本实用新型提供一种变压器参数测量装置的三相电能数据采集电路，用于调整变压器低压侧的高电压、大电流的信号，使之满足计量芯片ATT7022CU采样端口允许输入的信号的要求，且采集精度高、工作稳定性好、电路设计简单。

本实用新型技术方案是：一种变压器参数测量装置的三相电能数据采集电路，包括电压信号采样和调理电路、电流信号采样和调理电路、计量芯片ATT7022CU及其外围电路；

所述电压信号采样和调理电路用于进行变压器低压侧电压的采集及调理使变压器低压侧的高电压信号转换为计量芯片ATT7022CU的采样端口允许输入的电压信号；

所述电流信号采样和调理电路用于进行变压器低压侧电流的采集及调理使变压器低压侧的大电流信号转换为计量芯片ATT7022CU的采样端口允许输入的电流信号；

所述计量芯片ATT7022CU及其外围电路用于计量变压器低压侧的电能数据。

进一步地，所述电压信号采样和调理电路、电流信号采样和调理电路均分别与计量芯片ATT7022CU及其外围电路连接。

进一步地，所述计量芯片ATT7022CU及其外围电路包括计量芯片ATT7022CU、ATT7022CU的外围电路；其中，ATT7022CU采用44引脚QFP封装，体积小巧，其内部组成结构和各引脚功能如图4所示，其重要引脚说明如表1所示，

表1为ATT7022CU 部分引脚功能

ATT7022CU的内部主要包括电压电流模拟信号采样电路、参考电压生成电路、实时时钟控制电路、数字信号处理电路、脉冲发生器、SPI通讯接口电路和片内电源管理电路七大部分。

ATT7022CU具体的工作流程为：三相差动输入电压和电流信号用七路16位的二阶sigmadeltaA/D转换电路对其进行采样，转换生成的数字量再送至24位数字信号处理模块进行调制和滤波，然后进行加法和乘法等一系列运算，最终得到电压、电流、功率、相位、频率等电能数据的数字量，测量结果保存在相应的寄存器中，并通过SPI接口将测量到的三相电能数据传送给MSP430f149单片机。ATT7022CU具有软件校表功能，单片机可通过SPI接口对其校表寄存器进行参数设置，提高采样精度。ATT7022CU采用+5V单电源供电，功耗最低可达100mW，其内置的电源管理电路可连续监控AVcc引脚电压，当检测到电压低于4V最低工作电压时芯片将被复位，保证芯片上电和掉电时的正确工作。

所述ATT7022CU的外围电路包括晶振、芯片供电和滤波、SPI通信接口以及三相电压、电流输入等电路；如图3所示，芯片时钟由外接的24.576MHz晶振提供。MSP430f149单片机与ATT7022CU之间通过6条导线通讯，其中一条为复位控制线(RESET)，一条为握手信号线(SIG)，剩余四条为SPI通讯接口线(CS、SCLK、DIN、DOUT)。芯片的电源与地之间均接有10uF的电解电容及0.1uF的独石电容用来滤除电源的纹波和噪声，以保证芯片供电的稳定性。通过接在芯片40引脚(REVP)的LED亮灭情况可以判断输入芯片的三相采样信号是否缺相、错相。通过设置26引脚(SEL)的高、低电平可以选择芯片工作在三相三线制或三相四线制，在此设置为三相四线制。

进一步地，所述电压信号采样和调理电路、电流信号采样和调理电路中分别采用互感器作为电压、电流信号的采集元件。

进一步地，所述电压信号采样和调理电路包括电阻R17、R19、R20、R23、R26、R28、电容C21、电容C27、电流互感器PTA；变压器低压侧电压在R20作用下变换为电流信号，电流互感器PTA的一次绕组与变压器低压出线端串联，电流互感器PTA的二次绕组与电阻R23串联，R23的一端还连接电阻R19的一端，R23的另一端还连接R26的一端，电阻R19的另一端分别连接R17的一端、电容C21的一端、计量芯片ATT7022CU的13引脚V2P，R26的另一端分别连接R28的一端、电容C27的一端、计量芯片ATT7022CU的14引脚V2N，电容C21的另一端与电容C27的另一端均接地，R17的另一端、R28的另一端均接计量芯片ATT7022CU的11引脚REFOUT。

进一步地，所述电流信号采样和调理电路包括电阻R18、R21、R24、R27、R29、电容C23、电容C28、电流型电压互感器CT1A、CT2A；电流型电压互感器CT1A的一次绕组与变压器低压出线端串联，电流型电压互感器CT1A、CT2A组成两级电流互感结构，电流型电压互感器CT1A二次绕组与CT2A的一次绕组串联，CT2A的二次绕组与电阻R24串联，R24的一端连接电阻R21的一端，R24的另一端连接R27的一端，电阻R21的另一端分别连接R18的一端、电容C23的一端、计量芯片ATT7022CU的4引脚V1N，R27的另一端分别连接R29的一端、电容C28的一端、计量芯片ATT7022CU的3引脚V1P，电容C23的另一端与电容C28的另一端均接地，R18的另一端、R29的另一端均接计量芯片ATT7022CU的11引脚REFOUT。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用基于ATT7022CU的三相电能数据采集电路采集变压器低压侧的电能数据，具有采集精度高、工作稳定性好、电路设计简单等优点，芯片内部集成了多种电能数据测量、处理电路，能够准确测量三相电压、电流、功率、功率因数、频率等电能参数，电压、电流有效值的测量精度优于0.5%，有功功率测量精度优于0.1%，充分满足了对变压器低压侧三相电能数据的采样需求。

附图说明

图1为本实用新型电压信号采样和调理电路原理图；

图2为本实用新型电流信号采样和调理电路原理图；

图3为本实用新型计量芯片ATT7022CU及其外围电路原理图；

图4为本实用新型计量芯片ATT7022CU内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。

实施例1：如图1-4所示，一种变压器参数测量装置的三相电能数据采集电路，包括电压信号采样和调理电路、电流信号采样和调理电路、计量芯片ATT7022CU及其外围电路；

进一步地，所述计量芯片ATT7022CU及其外围电路包括计量芯片ATT7022CU、ATT7022CU的外围电路；ATT7022CU的外围电路包括晶振、芯片供电和滤波、SPI通信接口以及三相电压、电流输入电路；芯片时钟由外接的24.576MHz晶振提供。

本实用新型的工作原理是：

本实用新型包括电压信号采样和调理电路、电流信号采样和调理电路、计量芯片ATT7022CU及其外围电路；

由于变压器低压侧的交流信号为高电压、大电流，而ATT7022CU的7路电压、电流采样端口允许电压输入范围是土0.5V(交流有效值)，因此，必须将ATT7022CU与被测变压器的低压侧进行电气隔离，以保护芯片和提高控制器抗干扰能力。本设计中，采用互感器作为电压、电流信号的采集元件，然后经过信号调理电路送至ATT7022CU的电压、电流信号采集引脚。电压和电流信号采样、调理电路如图1和2所示。

电压信号采样和调理电路中，变压器低压侧电压在R20作用下变换为电流信号，经电流互感器PTA(2mA/2mA)隔离变送后，在R23两端产生t0.5V范围内的正弦采样信号。RI9、C21、R26、C27组成了抗混叠滤波器，电阻值选用1.2K，电容值选用0.01uF，且其结构和取值必须对称，可以避免采样信号在ATT7022CU中进行数字处理时出现频率混叠失真。ATT7022CU的采样信号输入引脚(VxP和VxN)的直流偏置电压均为2.45V，由芯片的11引脚(REFOUT)提供。为了提高电路的抗干扰能力，采样信号采用差分输入法来抑制共模信号，提高测量精度。本设计中，PTA选用兵字TV1013-1H(2mA/2mA)，其精度是0.05级：输入端电阻取值110kS，输出端电阻取13092，当变压器低压侧电压为220V时，采样电压为0.13V，在AT17022CU电压通道采样值范围内。

电流信号采样和调理电路与电压信号采样和调理电路类似，区别在于后者采用了电流型电压互感器，前者则为电流互感器，即将变压器低压侧母线大电流直接由电流互感器变换为小电流信号，然后再变换为电压采样信号。考虑到变压器低压侧母线电流较大，同时为了控制器接线简单，电流采样采用了两级电流互感器结构，第-级采用穿心式电流互感器(600A/5A)，安装在变压器本体内部低压出线端，第二级采用兵字TA0913-2M(5A/2.5mA)立式微型精密电流互感器，安装在控制器内电路板上。

本实用新型测量的三相电能参数可以包含：电压有效值、电流有效值、单相有功功率、单相无功功率、功率因数、合相有功功率和合相无功功率，这些电能参数均可在ATT7022CU内部通过一系列运算得出。

上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims

1.一种变压器参数测量装置的三相电能数据采集电路，其特征在于：包括电压信号采样和调理电路、电流信号采样和调理电路、计量芯片ATT7022CU及其外围电路；

2.根据权利要求1所述的变压器参数测量装置的三相电能数据采集电路，其特征在于：所述电压信号采样和调理电路、电流信号采样和调理电路均分别与计量芯片ATT7022CU及其外围电路连接。

3.根据权利要求1所述的变压器参数测量装置的三相电能数据采集电路，其特征在于：所述计量芯片ATT7022CU及其外围电路包括计量芯片ATT7022CU、ATT7022CU的外围电路；ATT7022CU的外围电路包括晶振、芯片供电和滤波、SPI通信接口以及三相电压、电流输入电路；芯片时钟由外接的24.576MHz晶振提供。

4.根据权利要求1所述的变压器参数测量装置的三相电能数据采集电路，其特征在于：所述电压信号采样和调理电路、电流信号采样和调理电路中分别采用互感器作为电压、电流信号的采集元件。

5.根据权利要求1所述的变压器参数测量装置的三相电能数据采集电路，其特征在于：所述电压信号采样和调理电路包括电阻R17、R19、R20、R23、R26、R28、电容C21、电容C27、电流互感器PTA；变压器低压侧电压在R20作用下变换为电流信号，电流互感器PTA的一次绕组与变压器低压出线端串联，电流互感器PTA的二次绕组与电阻R23串联，R23的一端还连接电阻R19的一端，R23的另一端还连接R26的一端，电阻R19的另一端分别连接R17的一端、电容C21的一端、计量芯片ATT7022CU的13引脚V2P，R26的另一端分别连接R28的一端、电容C27的一端、计量芯片ATT7022CU的14引脚V2N，电容C21的另一端与电容C27的另一端均接地，R17的另一端、R28的另一端均接计量芯片ATT7022CU的11引脚REFOUT。

6.根据权利要求1所述的变压器参数测量装置的三相电能数据采集电路，其特征在于：所述电流信号采样和调理电路包括电阻R18、R21、R24、R27、R29、电容C23、电容C28、电流型电压互感器CT1A、CT2A；电流型电压互感器CT1A的一次绕组与变压器低压出线端串联，电流型电压互感器CT1A、CT2A组成两级电流互感结构，电流型电压互感器CT1A二次绕组与CT2A的一次绕组串联，CT2A的二次绕组与电阻R24串联，R24的一端连接电阻R21的一端，R24的另一端连接R27的一端，电阻R21的另一端分别连接R18的一端、电容C23的一端、计量芯片ATT7022CU的4引脚V1N，R27的另一端分别连接R29的一端、电容C28的一端、计量芯片ATT7022CU的3引脚V1P，电容C23的另一端与电容C28的另一端均接地，R18的另一端、R29的另一端均接计量芯片ATT7022CU的11引脚REFOUT。