交流信号采集与处理

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1、交流信号采集与处理交流信号采集与处理摘要在电网监控系统中为了实现对电网的监视和控制首先必须获得表征电网实时运行状态的遥测量值和遥信状态以便对这些信息进行加工处理得到控制电网安全、稳定、经济的运行命令电量变送器就是这种将电量变换为供测量用的一种电量的仪器。交流被量进入测量装置时带有谐波干扰信号需要滤波器将其滤除。经数据处理后的信号已成标幺值无法表明该遥测量的大小需要进行标度变换将其变成数值以便操作人员进行监视与管理。引言目前数据采集量器的市场需求量很大以数据采集器为核心够成的最小

2、系统应用广泛高性能的数据采集器有很大的市场。伴随着计算机领域的飞速发展数据采集与处理系统逐步渗透各个领域如医药、化工、食品等领域的生产过程中往往需要随时检测各生产环节的温度、湿度、流量、压力等参数。同样我们的电网监控与调度自动化系统也需要这样的数据采集与处理装置能够适应各种恶劣的环境及时收发反应电网的状况的信息以便自动调度保证电网系统安全、可靠、稳定地运行。一交流电流变送器在电力系统监控系统中对发电厂、变电站、母线、输电线路等回路的电流都应该加以测量。一般这些线路上的电流都很大不可

3、能直接进行测量因此先用电流互感器TA将大电流转换为小电流而交流电流变送器捷成TA的负载。图1为电流变送器与电流互感器的连接。(一)电流变送器原理框图电流变送器以电流互感器二次电流作为输入信号电流输入信号首先通过变送器内部的中间电流互感器使变送器输入与后级线路电气隔离中间电流互感器输出电路经过一个电阻转变为电压信号。精密交—直流变换电路将交流电压变为0—5V的直流电压经过恒流输出电路得到0-1mA或4-20mA的直流输出信号。电流变送器的原理框图见图2。1中间电流互感器在电流变送器中中

4、间电流互感器主要起隔离作用同时也能进一步减小输入电流值降低后级功耗。中间电流互感器的结构与普通电流互感器相同。2.精密交流―直流变换电路精密交流―直流变换电路由线性整流电路和低通滤波电路组成。采用线性整流电路可以改善由于整流二极管的非线性对交流―直流变换线性度的影响低通滤波器消除全波整流后的工频二次以上的谐波输出全波整流信号的平均值。1全波线性整流电路如图3所示由于运算放大器的输入阻抗很大输出阻抗很小因而负载效应小易于级间配合。整流信号从运算反大器A1的同相端输入并从A1输出端取

5、得输出。当Ui>0时Ai输出为正,V1导通V2截止其等效电路图如图4a所示。很明显U1=Ui.对于运算放大器A2同相输入产生的输出设为U01反相输入产生的输出设为U02则U01=(1+R4/(R2+R3))Ui(1)U02=-R4/(R2+R3)Ui(2)将R4=2R1=2R2=2R3代入式12得U01=2UiU02=-Ui从而Ui>0时U0=U01+U02=Ui(3)Ui<0时A1输出为负V1反偏V2导通其等效电路见图4b。由图可得U1=(1+R2/R1)UiU

6、01=(1+R4/R3)Ui=3UiU02=-(R4/R3)U1=-4Ui从而Ui<0时U0=U01+U02=-Ui同时考虑式34得到U0=

7、Ui

8、2有源低通滤波电路。经过全波线性整流的信号通过有源低通滤波便可以得到一个平滑的直流电压信号。图5所示为有源低通滤波电路原理图。在这个电路中运算放大器A3的输出U03全部反馈到它的同相输入端从而C2两端的电压近似为U03。3.恒压输出电路与恒流输出电路1恒压输出电路。恒压输出电路如图6所示它是一个单位反馈的同相放大电路。由图6可知

9、U04=Ui。2恒流输出电路。一般都要求变送器都能具有较好的恒流输出因而需要有一个恒压―恒流转换电路。图7所示是输出电流为0~1mA的恒流输出电路。它主要由一个运算放大器和两个NPN管V1、V2组成电路的输入信号加于运放的反相输入端V1接成倒相放大V2作为射极跟随器。电路的负载串于V2的射极。此外从V2的射极R7的两端引出反馈信号至运放的输入端。由于运放和V1的倒相因为引至运放反相输入的信号形成正反馈引至运放同相端输入端的信号形成负反馈。图7可见负反馈强于正反馈输出端有恒定的电流

10、输出。二交流电压变送器各发电厂变电站的母线电压值是衡量带你王运行质量的一个重要参数看一般要求电压的波动不能超过给定的范围否则就要对系统就要对系统进行调节保证电能质量。因为母线电压很高不能直接用电压变送器测量而是先通过交流电压互感器TA将高电压变为低电压后再把交流电压变送器接成电压互感器的负载。电压互感器和电压变送器的里昂母线电压的连接如图8所示。交流电压变送器与交流电流变送器相似它有中间电压互感器TV、精密交流—直流变换电路、恒压输出