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常用电流电压采样电路.pdf

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.44M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    2常用采样电路设计方案比较
    2.1 常用电网电压同步采样电路及其特点
    2.1.1 常用电网电压采样电路1
    2.1.2 常用电网电压采样电路2
    2.1.3 常用电网电压采样电路3
    2.1.4常用电网电压采样电路4
    2.1.5常用电网电压采样电路5
    2.2 常用交流电压采样电路及其特点
    2.2.1常用交流电压采样电路1
    2.2.2常用交流电压采样电路2
    2.2.3常用交流电压采样电路3
    2.2.4常用交流电压采样电路4
    2.2.5常用交流电压采样电路5
    2.3 常用交流电流采样电路及其特点
    2.3.1常见交流电流采样电路1
    2.3.2常见交流电流采样电路2
    2.3.3常见交流电流采样电路3
    2.3.4常见交流电流采样电路4
    2.3.5常用交流电流采样电路5
    2.4 常用直流电压采样电路及其特点
    2.4.1常用直流电压采样电路1
    2.4.2常用直流电压采样电路2
    2.4.3常用直流电压采样电路3
    2.4.4常用直流电压采样电路4
    2.4.5常用直流电压采样电路5
    2.5常用直流电流采样电路及其特点
    3 采样电路设计
    3.1 电网电压同步信号采样电路设计
    3.2交流电压采样电路设计
    3.3 交流电流采样电路设计
    3.4 直流电压采样电路设计
    3.5 直流电流采样电路设计
    参考文献
    2 常用采样电路设计方案比较 配电网静态同步补偿器（DSTATCOM）系统总体硬件结构框图如图2-1所示。 由图2-1可知DSTATCOM的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制 电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。其中采样电路包 括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。 3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电 网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的 采样电路DSTATCOM的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压 同步信号采样电路即电网电压同步信号。 图 2-1 DSTATCOM 系统总体硬件结构框图 2. 1 常用电网电压同步采样电路及其特点 2.1 .1 常用电网电压采样电路 1 从 D-STATCOM 的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢 量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而 D-STATCOM 工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变 器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考 的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。 1
    Ua R5 1K R6 10K +12v 8 5 3 2 4 1 -12V C4 15pF U? LM311 6 7 +5v R7 10K C5 15pF 图 2-2 同步信号产生电路 1 A 1 4069 2 1 A 4069 2 XINT2 从图 2-2 所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC滤波 环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统的 输出频率，即该误差可忽略不计。其中R5=1 KΩ ， 5pF，则时间常数错误！未 因此符合设计要求;第二部分由电压比较器LM311 构成， 找到引用源。<
    电平，随后进入光电隔离TLP521 产生高电平和低电平进入D触发器MC14538 的正的触发使能输入引脚A，当A为高电平时，输出引脚Q输出一个脉冲，这个 脉冲宽度由电阻RR l。和电容C决定。当然这里希望脉冲宽度越小越好，否则将影 响STATCOM的输出电压与其接入点电压的同步。与此同时，可以通过设置 ADMC401 的内部寄存器PWMSYNCWT寄存器与信号脉冲相匹配 。 [2] 2.1 .3 常用电网电压采样电路 3 电网电压同步电路可以实现精确的过零点检测，并输出高电平，将输出信号 脉冲的上升沿输入捕获单元三即可获得同步信号[3]。图2-4即为一种常见的电网 电压 同步信号产生电路。 Port R1 2 3 8 A 4 +12V U1A LF35 3 1 -12V R3 2 3 R4 R2 1 8 U2A LF353 A 4 R5 图 2-4 同步信号产生电路 3 +3.3V T1 CAP3 R6 图 2-4 所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、滑线变阻器和电 较器LM353 构成，实现过 压比较器LM353 组成的缓冲 环节。第二部分由电压比 较。最后一部分为输入DSP系统箝位保护电路[3] 零比 2.1.4 常用电网电压采样电路 4 常用网电压同步信号产生电路 4 如图 2-5 所示: 3
    Port R2 1K LM124 1 R3 1K 4 1 1 1 2 3 C202 0.1uF 6 7 LM311 +3.3V R6 10K Port C8 0.1uF R4 1K C7 0.1uF 5 3 2 VDD 8 4 1 VEE R5 1M 图 2-5 同步信号产生电路 4 图 2-5 所示同步电路由两部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC滤波环 节，为减小系统与电网的相位误差，该环节主要是滤除电网的毛刺干扰。滤波 电路造成的延时可在程序中补偿。第二部分由电压比较器LM311 构成，实现过 零比较，同时设计了一个滞环环节来抑制干扰和信号的震荡[4]。 2.1.5 常用电网电压采样电路 5 图 2-6 所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC滤 波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节主要是滤除电网的谐波干 扰。滤波电路造成的延时可在程序中补偿起来。其中凡RR341=1 KΩ ，C341=0.luF; 第二部分由电压比较器LM3ll构成，实现过零比较，同时设计了一个滞环来抑制 干扰和信号的振荡 。 [2] R344 1K R342 470 +12V 4 A LM124 1 1 1 -12V R345 1K +12V 8 4 1 -12V 5 3 2 图 2-6 同步信号产生电路 5 R341 INT 1K 2 3 C341 0.1uF 6 7 LM311 OUT R346 10K +3.3V 4
    2.2 常用交流电压采样电路及其特点 2.2.1 常用交流电压采样电路 1 为了实现对STATCOM的控制，必须要检测三相瞬时电压Ua、Ub和Uc。如 下图 2-7 为电路一相电压采样电路: a. 电压转换电路 图 2-7 交流电压采样电路图 电压转换电路通过霍尔电压传感器CHV-50P实现。CHV-50P型电压传感器 输出端与原边电路是电隔离的，可测量直流、交流和脉动电压或小电流。磁补 偿式测量，过载能力强，性能稳定可靠，易于安装，用于电压测量时，传感器 通过与模块原边电路串联的电阻RRu1与被测量电路并联连接，输出电流正比于原 边电压。上图电压转换电路为a为单相电压转换电路，这里对电阻Ru1R 和电阻RRu2 的选择作一些说明。 由于CHV-50P的输入额定电流In1为 10mA，本电路检测的电压是 220V的交 流电压，则 R = u1 U 220V 10mA I = n1 =2.2KΩ (2.1) 电阻RR u1消耗的功率P1为 错误！未找到引用源。 1 P UI= = n 1 220 10 × mA = 2.2 W (2.2) 因此电阻RRu1选择阻值为 2.2 k Ω ，功率为 5W的大功率电阻。另外为了抑制共模 5
    干扰，在交流输入侧并联了两个电容C。当然为了更好地消除这些干扰，可以 ，那么电阻Ru1的选择就要对应于经过隔离 在电压变换电路之前再加隔离变压器 变压 器后电压的改变而改变。 由于CHV-50P的输入额定电流In2为 50mA，为了ADMC40l的A/D转换通道 串联了电阻Ru2。 检测，必须把输出电流转换为电压，所以在电压传感器的输出侧 ADMC401 的A/D转换通道检 测电压范围-2V~+2V，则 u2R = 2V 50mA =40Ω (2.3 ) b.滤 由于电阻RR 消耗功率比较小，电阻Ru2选择上对功率没有特殊的要求。 u2 波补偿电路 由于电压电流的检测点就是STATCOM接入电网的同一点，其谐波干扰还是 比较大的滤波补偿电路。，那么三相电压电流经过各自的转换电路后必须进入了 滤波补偿电路包 所示[5]。 含两部分:一部分为RC滤波，另一部分为相位补偿，如图上图中 2.2.2 常用交流电压采样电路 2 此三相电压采 样电路包括信号放大电路，二阶滤波电路，单极性转换电路。 a.信号 放大电路 交流信号放大电路见图 2-8 所示。本设计采用的互感器为国内最新的高精 度电压互感器(SPT204A)。其中SPT204A实际上是一款毫安级精密电压互感器， 输入额定电流为 2mA，额定输出电流为 2mA，线性范围±10mA，非线性度 <0.1%，相移经过补偿后小于 5’。SCT254AZ是一款毫安级精密电流互感器，输 入额定电流为 5A，额定输出电流为 2.5mA，线性范围 0~20A，非线性度小于 0.1%，相移经过补偿后小于 5’。由于该电压传感器采用的为 1:1 电流变电流型， 所以要在电压互感器前面加RR1，将电压信号转变为电流信号，而电流互感器就 不需要加电阻R1R 这样电压互感器副边输出为电流信号，这与电流互感器副边 。 输出 信号相似。 交流信号放大电路工作原 理可由下式表示: 错误！未找到引用源。 过R2将传感器输出的电流信号转变为电压信号 通 6 (2.4)
    +5V -5V D1 D2 R3 +5V C6 4 104 TL084 1 A 2 3 1 1 -5V C1 104 图 2-8 信号放大电路 b.二 阶滤波电路 图 2-9 为二阶滤波电路，截至频率为 2.5KHz。 R4 360 R7 1K R9 3.9K U1 C2 104 f=2.5kHz C3 103 4 A 1 1 2 3 TL084 1 c.单极 性转换电路 图 2-9 二阶滤波电路 由于设计采用的DSP自带的AD，其采样要求输入信号为 0~3.3V，故接入其 引脚的信号电压也不能超过 3.3V所以必须对放大电路 步处理。单极性转换电路如下图 2-10 所示[6]。 给出的双极性信号做进一 7
    R10 3K R7 1K R9 3.9K 2 3 1.25V R6 20K R8 20K C4 103 R21 10K C5 103 4 A 1 1 TL084 1 图 2-10 单极性转换电路 2.2.3 常用交流电压采样电路 3 交流电压变送器以0～5 V的交流电压作为输出信号。因TMS320F2812的A/D 输入信号范围为0～3 V．因此必须添加合适的调理电路以满足A/D输入的要求。 交流电压调理电路见图2-11，由图可知该电路由3部分组成：第1部分为射极 跟随器．以提高电路的输入阻抗：第2部分是电压偏移电路：第3部分为箝位限幅 电路，以保证输出电压信号在0～3 V，满足TMS320F2812的A/D输入信号范围[7]。 交流电压 R1 2 3 4 A 1 1 +15V VCC R2 1 R3 -15V VCC 2 3 4 A 1 1 +15V R4 1 -15V ADC C1 图2-11 交流电压信号调理电路 2.2.4 常用交流电压采样电路 4 系统电压经过相应的传感器后，统一变换为适当幅值的电压信号，经调理电 路后，进行A/D转换。图2-12为采样电路原理图。 8
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