一種智能脫扣器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計
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表1 電流值及經(jīng)電流互感器輸出電壓值。
電流值及經(jīng)電流互感器輸出電壓值
2. 2 電流采樣
由空心電流互感器輸出的小交流電壓，需要經(jīng)過調(diào)理電路才能輸入微控制器的A/D( 模數(shù)轉(zhuǎn)換)單元。調(diào)理電路主要完成信號的濾波、放大、提升。交流采樣電路如圖3所示，其中，R1、C1為空心電流互感器后積分電阻和電容。將R1的輸出電壓經(jīng)運放LM 224 U1A、U1B 構(gòu)成的放大電路進行放大，產(chǎn)生2. 5 V 左右的交流電壓。C3、R7、C4、R6實現(xiàn)了低通、高通濾波，其截止頻率為1 /2πRC。
經(jīng)過計算，選擇了合適的低通、高通濾波電容與電阻值，使得通過的頻率在10. 61 ～ 123. 72 Hz 之間。LM 224 U1C 放大器為前面產(chǎn)生的交流電壓提供一個基準(zhǔn)的直流電壓，交流電壓與直流電壓疊加，使電壓得到提升。最終，V0輸出經(jīng)調(diào)理后的單極性電壓，將此電壓直接輸入LPC 2294 的A/D 單元。輸入電流IN = 630 A 時輸出電壓U0的波形如圖4 所示。經(jīng)測量，在空心互感器采樣不同電流值時，經(jīng)電流采樣電路輸出電壓數(shù)值如表2 所示。其中，10. 61 ～ 123. 72 Hz Ua為電壓波峰與波谷之間的距離。
電流采樣電路本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/195128.htm
圖3 電流采樣電路。
U0—波峰2 V;波谷—0. 7 V
圖4 IN = 630 A 示波圖。
表2 電流采樣電路輸出電壓值。
電流采樣電路輸出電壓值
2. 3 電壓采樣
電壓過高會危及電力設(shè)備的安全和降低電力設(shè)備的使用壽命，電壓過低則不利于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，過電壓或欠電壓指電壓幅值超過或小于了標(biāo)稱電壓，且持續(xù)時間大于60 s，數(shù)值在1. 1 ～ 1. 2 p. u. 或0. 8 ～ 0. 9 p. u. 。應(yīng)用智能斷路器對電網(wǎng)電壓信號分析判斷，在電網(wǎng)出現(xiàn)過電壓、欠電壓時及時分?jǐn)嘞到y(tǒng)連接，保護電網(wǎng)及用電器。交流電壓采樣電路如圖5 所示。運放LM 224 U1A、U1B 實現(xiàn)二階濾波，U1C 作為電壓跟隨器，實現(xiàn)了隔離，提高了輸入阻抗，降低輸出阻抗，提高了小信號帶負(fù)載能力。電壓采樣實際中，觀測圖及其變化曲線與電流采樣類似。
交流電壓采樣電路
圖5 交流電壓采樣電路。
2. 4 剩余電流采樣
國家對用電安全有強制性要求，在許多場合都要求安裝剩余電流保護器。剩余電流保護器用以對低壓電網(wǎng)直接觸電和間接觸電進行有效的保護，以剩余電流作為動作信號，靈敏度高、動作后能有效地切斷電源，保障人身安全。剩余電流保護分為直接接觸保護和間接接觸保護。對于該兩種接觸保護，當(dāng)動作電流小于 30 mA 時，若保護器流過的零序電流為30 mA 以上，動作時間限定0. 2 s;60 mA 以上，動作時間限定0. 1 s;當(dāng)達到250 mA 時，動作時間限定只有0. 04 s。對于防止直接接觸帶電體保護的動作電流為30 mA，要求在0. 1 s 內(nèi)動作。剩余電流采樣電路如圖6 所示。其中，輸入電流信號為電網(wǎng)電流經(jīng)過零序電流互感器輸出信號，2 個反向二極管防止大電流擊穿，R1為采樣電阻，將電流轉(zhuǎn)化為電壓信號。
R2、C2構(gòu)成RC 低通濾波器，放大器將小電壓信號放大。圖7(a)、圖7( b) 分別為剩余電流采樣電路實際應(yīng)用中在示波器觀察到的圖形。圖7( a)為輸入信號I1 = 30 mA(故障) 時輸出電壓U2波形。圖7(b)為輸入信號I2 = 28 mA( 正常) 時輸出電壓U2波形。
剩余電流采樣電路
圖6 剩余電流采樣電路。
圖7 實際應(yīng)用中的剩余電流采樣電路的示波圖形。
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