CN214669304U - 一种多倍率信号采集设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多倍率信号采集设备，包括MCU运算放大器U22D以及运算放大器U22C，运算放大器U22D的反相端通过电阻R104与外部电流互感器的二次输出端IA_Ex电性连接，IA_Ex通过RC并联电路与参考电压Vref合流之后经过电阻R103、分别与运算放大器U22D的同相端连接、经过R106与运算放大器U22C的反相端连接，运算放大器U22D的反相端与其输出端之间以及运算放大器U22D的反相端与其输出端之间均电性连接有反馈电阻，运算放大器U22C的同相端通过电阻R105与IA_Ex电性连接，额定电流以下的电流采集，可以经过U22C运放处理后输出为IcM，1.2‑6倍电流的采集可以经过U22D运放处理后输出为IcP，IcM与IcP接入MCU通过傅里叶变换之后计算出对应的电流值，保障电动机保护器准确稳定的工作。
Description
技术领域
本实用新型涉及电动机领域，具体涉及一种多倍率信号采集设备。
背景技术
电动机在应用中需要配置电动机保护器保证其正常稳定工作，当出现堵转、过流等故障时可以及时切断电动机供电回路，使电动机停车。电动机在正常运行时，工作电流值大小不会超过额定电流值，而在发生堵转、过流等故障时，工作电流往往是额定电流的1.2-6倍。电动机保护器在对电流进行采集时往往只能采集额定电流值以下的电流，对于超限的1.2-6倍电流通过斩波电路之后波形已经发生了畸变，不是完整的正弦波，采集出来的电流值比实际值偏小很多，无法作为电流保护的判断依据，而使用1.2-6倍电流的电路采集在电流值处于额定值以下尤其是低端时无法保证精确度，为此需要设计一种可以同时满足额定电流值以下范围和1.2-6倍电流范围的电路。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种多倍率信号采集设备，以解决上述背景技术中提到的问题。
一种多倍率信号采集设备，其特征在于，包括第一运算放大电路、第二运算放大电路，所述第一运算放大电路包括运算放大器U22D，所述运算放大器U22D的反相端通过电阻R104与外部电流互感器的二次输出端IA_Ex电性连接，所述外部电流互感器的二次输出端IA_Ex通过RC并联电路与参考电压Vref合流之后经过电阻R103与运算放大器U22D的同相端连接，所述运算放大器U22D的反相端与其输出端之间电性连接有反馈电阻R132，所述运算放大器U22D的输出端与第一RL串联电路电性连接输出IcP，所述IcP与MCU的引脚10电性连接；
所述第二运算放大电路包括运算放大器U22C，所述运算放大器U22C的同相端通过电阻R105与外部电流互感器的二次输出端IA_Ex电性连接，所述外部电流互感器的二次输出端IA_Ex还通过RC并联电路与参考电压Vref合流之后经过电阻R106与运算放大器U22C的反相端连接，所述运算放大器U22D的反相端与其输出端之间电性连接有反馈电阻R143，所述运算放大器U22C的输出端与第二RL串联电路电性连接输出IcM，所述IcM与MCU的引脚11电性连接。RC并联电路是由电阻R123与电容C134构成的。
优选的，所述反馈电阻R132上并联有电容C153，所述反馈电阻R132上还并联有第一RC串联电路。
优选的，所述反馈电阻R143上并联有电容C154，所述反馈电阻R143上还并联有第二RC串联电路。
优选的，所述第一RL串联电路的输出端还设有双二极管DB14，所述双二极管DB14的引脚3与第一RL串联电路的输出端连接，所述双二极管DB14的引脚1接地且其引脚2与VDD2连接，所述双二极管DB14的引脚3还通过电容C87接地。
优选的，所述第二RL串联电路的输出端还设有双二极管DB15，所述双二极管DB14的引脚3与第二RL串联电路的输出端连接，所述双二极管DB14的引脚1接地且其引脚2与VDD2连接，所述双二极管DB14的引脚3还通过电容C88接地。
本实用新型的优点在于：电流采集一般只能一路信号输入，保护电流需要一路输入，测量电流需要一路输入，本实用新型所设计的电路可以一路电流输入，既作为测量电流输出给MCU，又可以作为保护电流输出给MCU，用于MCU进行AD采样计算出实际电流值。
对于额定电流以下的电流采集，可以经过U22C运放处理后输出为IcM，作为测量电流输出给MCU，对于1.2-6倍电流的采集可以经过U22D运放处理后输出为IcP，作为保护电流输出给MCU，然后再通过傅里叶变换之后计算出对应的电流值，从而实现对电动机工作电流的采集，使得电动机保护器在应对1.2-6倍电流时也可以准确稳定的工作。
附图说明
图1为采集电路部分的电路图。
图2为MCU的外围引脚连接电路图。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
如图1至图2所示，一种多倍率信号采集设备，其特征在于，包括第一运算放大电路、第二运算放大电路，所述第一运算放大电路包括运算放大器U22D，所述运算放大器U22D的反相端通过电阻R104与外部电流互感器的二次输出端IA_Ex电性连接，所述外部电流互感器的二次输出端IA_Ex通过RC并联电路与参考电压Vref合流之后经过电阻R103与运算放大器U22D的同相端连接，所述运算放大器U22D的反相端与其输出端之间电性连接有反馈电阻R132，所述运算放大器U22D的输出端与第一RL串联电路电性连接输出IcP，所述IcP与MCU的引脚10电性连接；第一RL串联电路由电阻R113与电感L23组成，用于滤波。
所述第二运算放大电路包括运算放大器U22C，所述运算放大器U22C的同相端通过电阻R105与外部电流互感器的二次输出端IA_Ex电性连接，所述外部电流互感器的二次输出端IA_Ex还通过RC并联电路与参考电压Vref合流之后经过电阻R106与运算放大器U22C的反相端连接，所述运算放大器U22D的反相端与其输出端之间电性连接有反馈电阻R143，所述运算放大器U22C的输出端与第二RL串联电路电性连接输出IcM，所述IcM与MCU的引脚11电性连接。第二RL串联电路由电阻R114与电感L24组成，用于滤波。
在本实施例中，所述反馈电阻R132上并联有电容C153，所述反馈电阻R132上还并联有第一RC串联电路。第一RC串联电路由电阻R137以及电容C147串联组成，用于衰减反馈后的低频信号。
在本实施例中，所述反馈电阻R143上并联有电容C154，所述反馈电阻R143上还并联有第二RC串联电路。第二RC串联电路由电阻R138以及电容C148串联组成，用于衰减反馈后的低频信号。
在本实施例中，所述第一RL串联电路的输出端还设有双二极管DB14，所述双二极管DB14的引脚3与第一RL串联电路的输出端连接，所述双二极管DB14的引脚1接地且其引脚2与VDD2连接，所述双二极管DB14的引脚3还通过电容C87接地。电容C87一端接地一端接入电路，可以起到滤波作用，消除电路中的高频成分。
在本实施例中，所述第二RL串联电路的输出端还设有双二极管DB15，所述双二极管DB14的引脚3与第二RL串联电路的输出端连接，所述双二极管DB14的引脚1接地且其引脚2与VDD2连接，所述双二极管DB14的引脚3还通过电容C88接地。电容C88作用与电容C87相同。
工作过程及其原理：
如图1所示的采集电路，其中IA_Ex为外部电流互感器的二次输出端，电动机的工作电流通过外部电流互感器的二次输出端IA_Ex进入采集电路。
对于额定电流以下的电流采集称为测量值采集，工作电流与参考电压Vref经过U22C运放处理后输出为IcM，反馈电阻R132与电容C153并联构成低通滤波器，用于衰减反馈后的高频信号，同时反馈电阻R132上并联接入由R137与C147构成的第一RC串联电路，用于衰减反馈后的低频信号。双向二极管DB14具有钳位与保护的作用，当运放输出电压高于VDD2时，DB14的2，3脚之间的二极管导通，将输出电压钳位于VDD2+0.32V；当运放输出电压低于接地GND时，DB14的1，3脚之间的二极管导通，将输出电压钳位于GND-0.32V，当运放输出电压大于GND小于VDD2时，3，2脚之间截止，1,3脚之间截止，输出电压为原电压。
对于1.2-6倍电流的采集称为保护值采集，工作电流经过U22D运放处理后输出为IcP，反馈电阻R123与电容C154并联构成低通滤波器，用于衰减反馈后的高频信号，同时反馈电阻R143上并联接入由R138与C148构成的第二RC串联电路，用于衰减反馈后的低频信号。双向二极管DB15作为钳位电路，与DB14作用相同。
电容C88与电容C87一端接地另一端接入电路，可以起到滤波作用，消除电路中的高频成分，电感L23与L24也同样用于滤波处理。
图2为MCU的外围电路图，IcM和IcP分别连接到MCU(LPC2136)的10/11引脚，即为AD0的通道5和通道0，通过定时器每间隔1.25ms采集一次，20ms内采集16次，对16次数值通过傅里叶变换之后计算出对应的电流值，从而实现对电动机工作电流的采集，使得电动机保护器在应对1.2-6倍电流时也可以准确稳定的工作。
由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。
Claims (4)
1.一种多倍率信号采集设备，其特征在于，包括MCU、第一运算放大电路以及第二运算放大电路，所述第一运算放大电路包括运算放大器U22D，所述运算放大器U22D的反相端通过电阻R104与外部电流互感器的二次输出端IA_Ex电性连接，所述外部电流互感器的二次输出端IA_Ex通过RC并联电路与参考电压Vref合流之后经过电阻R103与运算放大器U22D的同相端连接，所述运算放大器U22D的反相端与其输出端之间电性连接有反馈电阻R132，所述运算放大器U22D的输出端与第一RL串联电路电性连接输出IcP，所述IcP与MCU的引脚10电性连接；
所述第二运算放大电路包括运算放大器U22C，所述运算放大器U22C的同相端通过电阻R105与外部电流互感器的二次输出端IA_Ex电性连接，所述外部电流互感器的二次输出端IA_Ex还通过RC并联电路与参考电压Vref合流之后经过电阻R106与运算放大器U22C的反相端连接，所述运算放大器U22D的反相端与其输出端之间电性连接有反馈电阻R143，所述运算放大器U22C的输出端与第二RL串联电路电性连接输出IcM，所述IcM与MCU的引脚11电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种多倍率信号采集设备，其特征在于，所述反馈电阻R132上并联有电容C153，所述反馈电阻R132上还并联有第一RC串联电路，所述反馈电阻R143上并联有电容C154，所述反馈电阻R143上还并联有第二RC串联电路。
3.根据权利要求1所述的一种多倍率信号采集设备，其特征在于，所述第一RL串联电路的输出端还设有双二极管DB14，所述双二极管DB14的引脚3与第一RL串联电路的输出端连接，所述双二极管DB14的引脚1接地且其引脚2与VDD2连接，所述双二极管DB14的引脚3还通过电容C87接地。
4.根据权利要求1所述的一种多倍率信号采集设备，其特征在于，所述第二RL串联电路的输出端还设有双二极管DB15，所述双二极管DB14的引脚3与第二RL串联电路的输出端连接，所述双二极管DB14的引脚1接地且其引脚2与VDD2连接，所述双二极管DB14的引脚3还通过电容C88接地。
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| CN214669304U true CN214669304U (zh) | 2021-11-09 |
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| CN202120783034.8U Active CN214669304U (zh) | 2021-04-16 | 2021-04-16 | 一种多倍率信号采集设备 |
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