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一种具有宽范围的限压转换采集电路的制作

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1、一种具有宽范围的限压转换采集电路的制作一种具有宽范围的限压转换采集电路的制作摘要：本文介绍一种实用的电压信号采集电路，该电路具有电压信号采集范围宽、检测速度快、信号精度高、抗干扰能力强等优点，适合用于磁控电抗器（mcr）和其他电力自动控制系统的电压信号采集。电路主要由减法器电路和求真有效值电路两部分组成。关键词：电压信号采集减法器真有效值纹波在电力自动控制系统中通过采集电压信号作为实现自动控制的依据，是不可缺少的控制内容。在以计算机为核心的电力自动控制系统，需要大量准确的数据采集，提供给计算机信息收集、运行工况分析、屏幕显示、安全检测和实时控制。特别是在自动检测、输电网络的调度和运行、系统的自动化安全保护、输电网络信息的传输等都离不开电压信息的采集。目前，电力系统电压信号采集的基本方法是通过电压互感器来实现的。当系统电压稳定在额定电压时，电压互感器输出电压为100v，当系统电压波动时，电压互感器的输出电压也随之按比例波动。但在数字控制系统中，电路所能承受的信号电压一般为05v，直接将 100v 交流电压输送给信号处理电路是不合适的。必须对电压互感器输出信号进行再降压处理。对电

2、压互感器输出信号的再处理，可以有多种手段来实现。现行常用的方法是采用zm-bpt 系列 pcb 板上电压互感器将系统母线电压互感器输出的0100v 的电压信号压缩为 05v 左右的弱信号，如图 1 所示。电压信号采集电路原理是将 pcb 板上电压互感器与母线电压互感器的二次电压相连，由 pcb 板上电压互感器实现二次降压，然后再经滤波等信号处理电路作为运算电路的输入信号。其优点是可以实现采样电路的小型化。但是由于 05v 左右的压缩信号是经过两次电压互感器降压传输，再经滤波等电路处理而得到的，不仅增加了信号相移，也延迟了信号采样时间，所以这种采样方式对于需要快速响应的控制系统是不合适的。采用减法运算电路，配合求真有效值芯片实现的电压信号采集电路，有效地克服了上述采样方法的不足。不仅具有响应速度快、动态范围宽的特点，又减小了信号相移，缩短了采样时间，特别是在 mcr（磁控电抗器）快速自动补偿控制器中应用，取得了较好的效果。一、基本原理限压采集电路主要由减法器电路和求真有效值电路两部分组成。1.减法器电路的工作原理减法器电路如图 2 所示。电路由运算放大器 ic1 和 ic2 组成。信号

3、ui1 从 ic1 的反相端输入，其输出的反极性信号（-ui1）与另一信号 ui2 在 ic2 的反相输入端做求和运算。若将每一级的比例放大系数都取作 1，则在 ic2 的输出端就实现了减法运算。其表达式为：uo=（-ui1）+ui2。为了保证运算精度，r1、r3、r5 和r4 的取值应相等，输出信号的大小用 r7 的取值来调整。减法器电路在电压采样电路中的实际应用电路如图 3 所示，和图 2 相比，增加了由电阻 r1、r2 及 r3 组成的串联分压电路和两个起隔离作用的电压跟随器 ic3、ic4。由电压互感器（图中没有画出）输出的 100v 电压信号经电阻r1、r2 和 r3 串联分压后，电压 ui1 作为第二级运放 ic2 的输入信号，电压 ui2 作为第一级运放 ic1 的输入信号。如果 r6=r4，则ic1 输出的电压为-ui2。该信号电压与 ui1 在 ic2 的反相输入端做求和运算，则 ic2 的实际输入信号电压为（-ui2）+ui1。当（-ui2）+ui10 时，ic2 的输出电压 u00，这样在 ic2 的输出端就可以得到 ui1 与 ui2 相减以后的电压即差值信号，

4、这个差值信号是反映电压互感器输出信号幅值变化的交流信号。差值信号的大小可以根据需要通过调节电阻 r10 来实现。2.求真有效值芯片 ad536ad536 是一种新型的求真有效值的芯片，其功能方框图如图 4 所示。从图中可以看出，其内部电路主要由四部分组成：求绝对值电路、平方除法器、镜像电流源、输出缓冲放大器。其基本工作原理为：由式可知，对输入电压依次进行“取绝对值平方/除法取平均值”运算，就能得到交流电压的有效值。该芯片可以单电源供电，也可以双电源供电。单电源供电的电压范围从 5v 到 36v。双电源供电的电压范围从5v 到18v。图 5 为双电源供电的求真有效值的应用电路。图中 c2、rx、c3与内部缓冲放大器构成了双极性滤波器。rx 取 25k 比较合适，c2、c3 取值相等，大约取 2 倍的 cav。c1 为隔直电容，其值为 0.01f。正负电源接 0.1f 的去耦电容。二、利用减法器和 ad536 组成的限压转换采集电路将图 3 电路的输出端和图 5 电路的输入端相连就构成了完整的限压转换采集电路，如图 6 所示。图中 ic3、ic4 是为提高电路的输入阻抗和抗干扰能力而设置的

5、电压跟随器。信号 ui2 是 ic1输出的反极性信号，该信号在 ic2 的反相输入端与 ui1 做求和运算。ic3 的输出信号即是求和运算的真有效值。下表是输入信号电压为 020v，r4=r6=r9，r10=3r7 时的输出电压理论计算值和测试值，是采用通用运放和普通电阻组成电路的测试数据。为了提高运算精度，图中的集成运算放大器和电阻应采用精密运放和精密电阻。图 7 为电路的测试波形。三、结论由测试数据和测试波形可以看出，减法运算的结果基本是准确的，输入信号电压在 0.520v 范围内变化时，输出信号电压真有效值在 0.1485.16v 范围内变化，实现了将大范围变化的信号电压转换为低电压变化。通过在磁控电抗器（mcr）控制电路中的应用，表明该采样技术具有动态响应范围宽，信号纹波小，响应速度快，无延迟等优点，将 mcr 控制器的采样时间由 10ms 左右缩短到几个 s，极大地提高了控制器的采样速度，满足了 mcr 快速响应的需要，并可应用在其他需要宽范围、快速采样的电路中。如在电力系统调度中心和配变站间的实时信息传输中，限压采集电路采集现场信息并转换成数字量利用微波、载波、高频、光导通讯等通道送到接收端，实现电力调度。在反事故自动装置中，为防止电力事故危及系统和电气设备运行，利用限压采集器采集事故信息，提供给反事故自动装置，对系统进行继电保护和安全保护。在电力系统检测中采用数字化仪器仪表监测，限压采集器采集信息可直接供给检测和显示系统。在具体的应用时还需根据实际需求对电路进行调整，满足电压采样要求。（作者单位：丹东市技师学院）

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