三相交流电电流电压频率转换器设计.doc

三相交流电电流、电压、频率转换器的设计 　　摘 要：在三相交流电路中，往往需要检测三相相电流、线电流和频率的变化，监控线路电压的波动，控制升温、降温、振动大小等，另外，还需要经常了解三相负载的本身工作正常与否，从而做到实时调整。文章设计了一种实用的电压/电流（V/I）、电流/电流（I/I）和频率/电流（F/I）转换器，将传感器测量的电压、电流和频率信号转换为电流信号以适应远距离检测的需要，实验结果表明三种转换电路均能满足设计指标。 　　关键词：三相交流电；变送器；标准电流输出 　　Abstract：In the three-phase alternating current，it is always necessary to detect the changes of three phase current linear current and frequency、monitor the volatility of line voltage and controll the temperature rise and fall、the speed of evaporation and the scale of vibrating etc.On the other hand ，we should constantly know that whether the three phase load itself is working normally ，so that we can modulate it timely.Having designed a kind of V/I 、I/I 、F/I converters，we can cater to the need of distant detection.The experimentation has improved ，the three transfer circuits all content to the indexes of design. 　　Key words：the three-phase alternating current； transmitter； the output of standardized current 　　引言 　　工业上对于三相交流电的测试一般在现场，而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上，两者之间可能相距数十至数百米，测试结果若以电压等形式传输，会出现信号减弱、失真等现象，从而导致测试结果的不准确。若以电流形式传输则不会有衰减，适宜于远距离传输。两线制变送的突出优点是现场变送器和控制室的仪表之间的联系仅仅使用两根导线，这两根导线既是供给变送器工作的电源线，又是信号输出线。传输信号的下限为4mA，不与机械零点重合，不但可充分利用晶体管电路的线性段，而且容易识别断电、断线等故障。传输信号的上限为20mA，比0～10mA输出方式大一倍，有利于提高信号输送效力和信号的分辨能力。 　　根据需求设计了一种转换器，可以实现将不同传感器采集的三相交流电的不同物理参数转换为4～20mA的标准变送输出，并且保证转换精度≤2%，以便于后续的测试工作。转换的物理参数包括利用基于DVL系列传感器的信号处理模块采集的三相交流电的电压信号，利用基于DHR系列传感器的信号处理模块所采集的三相交流电的电流信号以及利用光耦传感器和PIC18F97J60单片机接口电路将采集的频率信号转换成的计数脉冲信号[1]。 　　文章所设计的电路是可以实现0～2.5V电压、0～125mA以及0～1KHz转化为4～20mA标准变送输出，系统结构框图如图1所示。 　　1 转换器的电路设计 　　V/I 转换器是一种可以实现将输入的电压信号转换为电流信号输出的电路。图2是两线制V/I变换电路的基本原理图，转换电路由OP1、Q1、R1、R2、Rs构成。若A点由于某种原因高于0V，则运放OP1输出升高，Re两端电压升高，通过Re的电流变大。相当于整体耗电变大，通过采样电阻Rs的电流也变大，B点电压变低（负更多）。结果是通过R2将A点电压拉下来。反之，若A点因某种原因低于0V，也会被负反馈升高到0V。以上是负反馈过程，负反馈的结果是运放OP1虚短，A点电压=0V。 　　电路正常工作需要2个条件：首先要自身耗电尽量小，省下的电流要供给调理电路以及变送器。其次要求运放器件能够单电源工作，即在没有负电源情况下，输入端仍能够接受0V输入，并能正常工作。单电源供电时，输入端从-0.3V～1.5V范围内都能正常工作。R5和U1构成基准源，产生2.5V稳定的基准电压。 　　1.1 电压/电流转换电路设计 　　利用莱姆电子的DVL系列传感器所采集的三相交流电的0～2.5V直流电压信