一種智能脫扣器數據采集系統硬件設計
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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(guò)調理電路才能輸入微控制器的A/D( 模數轉換)單元。調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 構成的放大電路進(jìn)行放大，產(chǎn)生2. 5 V 左右的交流電壓。C3、R7、C4、R6實(shí)現了低通、高通濾波，其截止頻率為1 /2πRC。
經(jīng)過(guò)計算，選擇了合適的低通、高通濾波電容與電阻值，使得通過(guò)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(gè)基準的直流電壓，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(shí)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(shí)，經(jīng)電流采樣電路輸出電壓數值如表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://dyxdggzs.com/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(guò)高會(huì )危及電力設備的安全和降低電力設備的使用壽命，電壓過(guò)低則不利于電網(wǎng)的安全穩定運行。根據國家標準的規定，過(guò)電壓或欠電壓指電壓幅值超過(guò)或小于了標稱(chēng)電壓，且持續時(shí)間大于60 s，數值在1. 1 ～ 1. 2 p. u. 或0. 8 ～ 0. 9 p. u. 。應用智能斷路器對電網(wǎng)電壓信號分析判斷，在電網(wǎng)出現過(guò)電壓、欠電壓時(shí)及時(shí)分斷系統連接，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(shí)現二階濾波，U1C 作為電壓跟隨器，實(shí)現了隔離，提高了輸入阻抗，降低輸出阻抗，提高了小信號帶負載能力。電壓采樣實(shí)際中，觀(guān)測圖及其變化曲線(xiàn)與電流采樣類(lèi)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(chǎng)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(jìn)行有效的保護，以剩余電流作為動(dòng)作信號，靈敏度高、動(dòng)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，當動(dòng)作電流小于 30 mA 時(shí)，若保護器流過(guò)的零序電流為30 mA 以上，動(dòng)作時(shí)間限定0. 2 s;60 mA 以上，動(dòng)作時(shí)間限定0. 1 s;當達到250 mA 時(shí)，動(dòng)作時(shí)間限定只有0. 04 s。對于防止直接接觸帶電體保護的動(dòng)作電流為30 mA，要求在0. 1 s 內動(dòng)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(guò)零序電流互感器輸出信號，2 個(gè)反向二極管防止大電流擊穿，R1為采樣電阻，將電流轉化為電壓信號。
R2、C2構成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(shí)際應用中在示波器觀(guān)察到的圖形。圖7( a)為輸入信號I1 = 30 mA(故障) 時(shí)輸出電壓U2波形。圖7(b)為輸入信號I2 = 28 mA( 正常) 時(shí)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(shí)際應用中的剩余電流采樣電路的示波圖形。
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