CN217060340U - 三相交流电的相位和频率检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种三相交流电的相位和频率检测装置，包括柜体、显示屏、数据处理电路以及检测三相交流电每一相的检测电路，显示屏嵌在柜体上，三个检测电路的输出端均与数据处理电路电连接，数据处理电路与显示屏电连接，每一相的检测电路均包括依次电连接的采样隔离电路和信号转换电路，采样隔离电路用于将采集的高压信号和低压信号隔离，并将高压信号转换为电流信号，信号转换电路用于将采样隔离电路输出的电流信号转换为电压信号，数据处理电路用于分别采集三个信号转换电路输出的电压信号，并将电压信号转换为数字信号，显示屏用于显示数据处理电路输出的数字信号。本实用新型能实现三相交流电相位和频率的自动检测与显示，检测精度高。

Description

三相交流电的相位和频率检测装置

技术领域

本实用新型涉及信号采集检测技术领域，更加具体来说，本实用新型涉及一种三相交流电的相位和频率检测装置。

背景技术

在发电机组控制系统中，准确地判断和测量三相电的相位以及频率极其的重要。目前三相电相位和频率检测电路主要是先采用电阻网络分压原理，将高压电先经过二极管整流，再经电阻分压后得到可供芯片处理的小电压信号，这种电阻分压式采集电路的缺点是极易引入高压信号，容易损坏设备且对操作人员有很大的安全隐患；同时引入的高压信号会给系统带来很强的干扰信号，在采集精度上也会有很大的影响。

实用新型内容

为解决现有三相电相位和频率检测电路极易引入高压信号、引入的高压信号带来干扰信号、影响采集精度等问题，本实用新型创新地提供了一种三相交流电的相位和频率检测装置，能实现三相交流电相位和频率的自动检测与显示，能将高压部分和低压部分隔离，减少高压信号的干扰，提高检测精度，而且成本低、体积小，可快速且精确地检测出相位和频率，可应用于发电机组控制系统等多种场合。

为实现上述的技术目的，本实用新型公开了一种三相交流电的相位和频率检测装置，包括柜体、显示屏、数据处理电路以及检测三相交流电每一相的检测电路，

所述显示屏嵌在所述柜体上，三个所述检测电路的输出端均与所述数据处理电路的输入端电连接，所述数据处理电路的输出端与所述显示屏电连接，

每一相的检测电路均包括采样隔离电路和信号转换电路，采样隔离电路和信号转换电路依次电连接，

所述采样隔离电路用于将采集的高压信号和低压信号隔离，并将高压信号转换为电流信号，

所述信号转换电路用于将所述采样隔离电路输出的电流信号转换为电压信号，

所述数据处理电路用于分别采集三个所述信号转换电路输出的电压信号，并将电压信号转换为数字信号，

所述显示屏用于显示所述数据处理电路输出的数字信号。

进一步地，所述采样隔离电路包括霍尔电压传感器，所述霍尔电压传感器的其中一个输入端与三相交流电待测相火线连接，所述霍尔电压传感器的另一个输入端与中性线连接。

进一步地，所述采样隔离电路包括限流电阻和霍尔电压传感器，所述限流电阻的一端与待测相火线连接，所述限流电阻的另一端与所述霍尔电压传感器的其中一个输入端连接，所述霍尔电压传感器的另一个输入端与中性线连接。

进一步地，所述信号转换电路包括采样电阻，所述采样电阻的一端与所述采样隔离电路的输出端连接，所述采样电阻的另一端接地，所述采样电阻将所述采样隔离电路输出的电流信号转换为电压信号。

进一步地，所述信号转换电路包括并联的采样电阻和滤波电路，所述采样电阻的一端与所述采样隔离电路的输出端连接，所述采样电阻的另一端接地，所述采样电阻将所述采样隔离电路输出的电流信号转换为电压信号，所述滤波电路用于滤除杂波。

进一步地，所述滤波电路为RC滤波电路，所述滤波电路包括滤波电阻和滤波电容，滤波电阻的一端与采样隔离电路的输出端连接，滤波电阻的另一端与滤波电容的一端连接，滤波电容的另一端接地。

进一步地，所述数据处理电路包括电量采集芯片，所述电量采集芯片分别与三个所述信号转换电路的输出端连接，所述电量采集芯片用于采集所述信号转换电路输出的电压信号，将电压信号转换为数字信号，并将数字信号传输给所述显示屏。

本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的三相交流电的相位和频率检测装置能实现三相交流电相位和频率的自动检测与显示，能将高压部分和低压部分隔离，减少高压信号的干扰，提高检测精度，而且成本低、体积小，可快速且精确地检测出相位和频率，可应用于发电机组控制系统等多种场合。

(2)本实用新型的采样隔离电路采用霍尔电压传感器，将高压和低压部分进行隔离，霍尔电压传感器原边和副边具有良好的电气隔离，可以避免将高压信号直接引入检测电路中，大大的提升了检测的安全性，减少了外部高压信号对检测电路的干扰；霍尔电压传感器具有可测交流脉冲信号、精度高、隔离性好等特点，可以使高压信号在隔离转换后保持较高的精度。

附图说明

图1是本实用新型实施例的三相交流电的相位和频率检测装置的柜体的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的三相交流电的相位和频率检测装置的电路原理图；

图3是本实用新型实施例的检测电路和数据处理电路连接的电路图。

图中，

10、柜体；20、显示屏；1、采样隔离电路；2、信号转换电路；3、数据处理电路。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型提供的三相交流电的相位和频率检测装置进行详细的解释和说明。

本实施例具体公开了一种三相交流电的相位和频率检测装置，包括柜体10、显示屏20、数据处理电路3以及检测三相交流电每一相的检测电路，三相交流电的每一相都单独采用一个检测电路进行检测，三相的检测电路相同。如图1所示，显示屏20嵌在柜体10上，三个检测电路的输出端均与数据处理电路3的输入端电连接，数据处理电路3的输出端与显示屏20电连接，三个检测电路的检测结果均传输给数据处理电路3，数据处理电路3将检测结果进行处理，最终的检测结果直接在显示屏20上显示。三个检测电路和数据处理电路3均设置在柜体10内，减少柜体10的体积，且能减少风化和灰尘。

每一相的检测电路均包括采样隔离电路1和信号转换电路2，如图2所示，采样隔离电路1和信号转换电路2依次电连接，三个信号转换电路2的输出端均与数据处理电路3的输入端连接，数据处理电路3的输出端与显示屏20电连接，将检测结果显示在显示屏20上。

采样隔离电路1用于将采集的高压信号和低压信号隔离，并将高压信号转换为电流信号。在本实施例中，采样隔离电路包括霍尔电压传感器，霍尔电压传感器的其中一个输入端与三相交流电待测相火线连接，霍尔电压传感器的另一个输入端与中性线连接。霍尔电压传感器通过原副边的隔离实现高压和低压部分隔离，再通过内部磁性线圈将高压信号进行一定比例的转换，最后输出小电流信号。在优选的实施例中，采样隔离电路包括限流电阻和霍尔电压传感器，限流电阻的一端与待测相火线连接，限流电阻的另一端与霍尔电压传感器的其中一个输入端连接，霍尔电压传感器的另一个输入端与中性线连接；交流电先输入到采样隔离电路中，先经过限流电阻进行限流，保证整个检测电路的安全与稳定，然后通过霍尔电压传感器的原边线圈和副边线圈将高压和低压隔离，将高压的信号转换为小电流信号。实现了交流电中高压部分和低压部分的隔离，并将高压信号转换为小电流信号，减少高压信号的干扰，提高检测精度。

信号转换电路2用于将采样隔离电路输出的电流信号转换为电压信号。在本实施例中，信号转换电路包括采样电阻，采样电阻的一端与采样隔离电路的输出端连接，即与霍尔电压传感器的输出端连接，采样电阻的另一端接地，采样电阻将采样隔离电路输出的电流信号转换为电压信号。采用电阻进行取样，使用简单方便。在优选的实施例中，信号转换电路包括并联的采样电阻和滤波电路，采样电阻的一端与采样隔离电路的输出端连接，即采样电阻的一端与霍尔电压传感器的输出端连接，采样电阻的另一端接地，采样电阻将采样隔离电路输出的电流信号转换为电压信号，滤波电路用于滤除杂波。增加滤波电路滤除外部信号带来的干扰信号，提高检测精度，且保证检测电路的安全性。

在本实施例中，滤波电路为RC滤波电路，滤波电路包括滤波电阻和滤波电容，滤波电阻的一端与采样隔离电路的输出端连接，即滤波电阻的一段与霍尔电压传感器的输出端连接，滤波电阻的另一端与滤波电容的一端连接，滤波电容的另一端接地。

数据处理电路3用于分别采集三个信号转换电路2输出的电压信号，并将电压信号转换为数字信号。在本实施例中，数据处理电路3包括电量采集芯片，电量采集芯片与分别与三个信号转换电路2的输出端连接，电量采集芯片用于采集信号转换电路输出的电压信号，将电压信号转换为数字信号，并将数字信号传输给显示屏。电量采集芯片的具体型号不作特殊限定，只要能实现上述功能的芯片即可。本实施例的电量采集芯片的电压夹角测量精度为0.1度，提供三个寄存器YUaUb、YUaUc、YUbUc分别表示AB/AC/BC电压的夹角，范围为0～360度，数据更新时间为3Hz左右。同时电量采集芯片还可以直接输出电压频率参数，可以自动选择A/B/C三相中的任意一相为电压频率测量的基准，增加稳定过零点的低通滤波，有效减小噪声和谐波的干扰影响，能更准确、更可靠地测量电压线频率，精度达0.01Hz。

显示屏20用于显示数据处理电路3输出的数字信号，通过数字信号直观的获取三相交流电的相位和频率。

以下以检测A相相位和频率的检测电路为例说明检测的原理：

如图3所示，采样隔离电路1包括限流电阻R1和霍尔电压传感器L1，限流电阻R1的一端与待测相火线A相线连接，限流电阻R1的另一端与霍尔电压传感器L1的2脚连接，霍尔电压传感器的1脚与中性线N连接；交流电先输入到采样隔离电路1中，先经过限流电阻R1进行限流，然后通过霍尔电压传感器L1的原边线圈和副边线圈将高压和低压隔离，将高压的信号转换为小电流信号。信号转换电路2包括并联的采样电阻和滤波电路，采样电阻R2的一端与霍尔电压传感器L1的4脚连接，采样电阻R2的另一端接地，采样电阻R2将霍尔电压传感器L1的4脚输出的小电流信号转换为电压信号，滤波电阻R4和滤波电容C1组成的滤波电路进行干扰信号的处理；采样电阻R3的一端与霍尔电压传感器L1的3脚连接，采样电阻R3的另一端接地，采样电阻R3将霍尔电压传感器L1的3脚输出的小电流信号转换为电压信号，滤波电阻R5和滤波电容C2组成的滤波电路进行干扰信号的处理，信号转换电路2的两个输出端输出的电压信号存在电压差。数据处理电路3包括电量采集芯片U1，电量采集芯片U1采集信号转换电路输出的电压模拟信号并进行处理运算，并通过芯片内部的2阶ADC将模拟信号转换为数字信号，最终将相位以及频率信号以数字信号的形式传输给显示屏。图3中，电量采集芯片U1的V1N、V1P、V2N、V2P、V3N和V3P分别表示输入电压端，VCC表示电源，GND表示接地端，CS表示片选信号，CLK表示时钟线，引脚MISO表示输入引脚，引脚MOSI表示输出引脚。

B相和C相的相位和频率的检测原理相同，最终三相交流电的相位和频率均显示在显示屏上。

本实用新型的检测装置能快速且精确地检测三相交流电的相位和频率。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任至少一个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

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，凡在本实用新型实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三相交流电的相位和频率检测装置，其特征在于，包括柜体、显示屏、数据处理电路以及检测三相交流电每一相的检测电路，

所述显示屏嵌在所述柜体上，三个所述检测电路的输出端均与所述数据处理电路的输入端电连接，所述数据处理电路的输出端与所述显示屏电连接，

每一相的检测电路均包括采样隔离电路和信号转换电路，采样隔离电路和信号转换电路依次电连接，

所述采样隔离电路用于将采集的高压信号和低压信号隔离，并将高压信号转换为电流信号，

所述信号转换电路用于将所述采样隔离电路输出的电流信号转换为电压信号，

所述数据处理电路用于分别采集三个所述信号转换电路输出的电压信号，并将电压信号转换为数字信号，

所述显示屏用于显示所述数据处理电路输出的数字信号。

2.根据权利要求1所述的三相交流电的相位和频率检测装置，其特征在于，所述采样隔离电路包括霍尔电压传感器，所述霍尔电压传感器的其中一个输入端与三相交流电待测相火线连接，所述霍尔电压传感器的另一个输入端与中性线连接。

3.根据权利要求1所述的三相交流电的相位和频率检测装置，其特征在于，所述采样隔离电路包括限流电阻和霍尔电压传感器，所述限流电阻的一端与待测相火线连接，所述限流电阻的另一端与所述霍尔电压传感器的其中一个输入端连接，所述霍尔电压传感器的另一个输入端与中性线连接。

4.根据权利要求2或3所述的三相交流电的相位和频率检测装置，其特征在于，所述信号转换电路包括采样电阻，所述采样电阻的一端与所述采样隔离电路的输出端连接，所述采样电阻的另一端接地，所述采样电阻将所述采样隔离电路输出的电流信号转换为电压信号。

5.根据权利要求2或3所述的三相交流电的相位和频率检测装置，其特征在于，所述信号转换电路包括并联的采样电阻和滤波电路，所述采样电阻的一端与所述采样隔离电路的输出端连接，所述采样电阻的另一端接地，所述采样电阻将所述采样隔离电路输出的电流信号转换为电压信号，所述滤波电路用于滤除杂波。

6.根据权利要求5所述的三相交流电的相位和频率检测装置，其特征在于，所述滤波电路为RC滤波电路，所述滤波电路包括滤波电阻和滤波电容，滤波电阻的一端与采样隔离电路的输出端连接，滤波电阻的另一端与滤波电容的一端连接，滤波电容的另一端接地。

7.根据权利要求1所述的三相交流电的相位和频率检测装置，其特征在于，所述数据处理电路包括电量采集芯片，所述电量采集芯片分别与三个所述信号转换电路的输出端连接，所述电量采集芯片用于采集所述信号转换电路输出的电压信号，将电压信号转换为数字信号，并将数字信号传输给所述显示屏。

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