三相交流電轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)探討

周旋

摘 要：三相交流電路屬于較為常見的電路，而在這一電路中，一般都需要對(duì)三相交流電電路、電壓以及頻率等變化情況進(jìn)行檢測(cè)，以對(duì)整個(gè)線路電壓波動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)對(duì)降溫、升溫以及振動(dòng)大小等情況進(jìn)行控制。除此之外，另外還需要對(duì)三相負(fù)載的本身工作是否正常進(jìn)行及時(shí)的了解和掌握，以對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，而為了更好地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，該文主要對(duì)三相交流電電流、電壓、頻率轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體研究，設(shè)計(jì)出了一種較為實(shí)用的三相交流電電流、電壓、頻率轉(zhuǎn)換器，以確保三相交流電路的安全性、穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：三相交流電 轉(zhuǎn)換器 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP216 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）05（c）-0112-02

該文按照需求設(shè)計(jì)出了一種轉(zhuǎn)換器，這一轉(zhuǎn)換器能夠?qū)⒉煌瑐鞲衅魉杉娜嘟涣麟姷牟煌锢韰?shù)轉(zhuǎn)換為4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)變送輸出，同時(shí)還能最大程度保證轉(zhuǎn)換精度小于或者是等于2%，這樣在今后測(cè)試過(guò)程中也會(huì)更加方便。對(duì)于轉(zhuǎn)換的物理參數(shù)則包括了利用電壓信號(hào)、電流信號(hào)以及頻率信號(hào)。其中，電壓信號(hào)是基于DVL系列傳感器的信號(hào)處理模塊采集下所產(chǎn)生的；電流信號(hào)則是基于DHR系列傳感器的信號(hào)處理模塊采集下所產(chǎn)生的；而頻率信號(hào)則是利用PIC18F97J60單片機(jī)接口電路、光藕傳感器，然后將采集的頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)，具體設(shè)計(jì)如下。

1 設(shè)計(jì)思路

隨著我國(guó)工業(yè)進(jìn)程不斷加劇，三相交流電路情況也在不斷加劇，在這種情況下，工業(yè)生產(chǎn)一般情況下對(duì)三相交流電進(jìn)行測(cè)試，大多會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，但是，對(duì)于控制、顯示設(shè)備進(jìn)行控制的時(shí)候，大都會(huì)在控制室又或者是控制柜上，在工作過(guò)程中，兩者之間的距離一般都會(huì)在十幾米到百米范圍之內(nèi)，在測(cè)試完成之后，測(cè)試結(jié)果如果其傳輸形式是以電壓進(jìn)行，就會(huì)出現(xiàn)信號(hào)失真或減弱等問(wèn)題，最終致使測(cè)試結(jié)果不夠準(zhǔn)確；而傳輸形式如果是以電流來(lái)進(jìn)行的話，就不會(huì)出現(xiàn)信號(hào)失真或減弱等問(wèn)題，但是，這一傳輸方式比較適合遠(yuǎn)距離傳輸。兩線制變送在應(yīng)用過(guò)程中，存在其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，具體是在使用過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)變送器和控制室的儀表兩者之間的聯(lián)系只需要使用兩根導(dǎo)線就可以實(shí)現(xiàn)，這兩根導(dǎo)線不僅是信號(hào)輸出線，還是供給變送器工作的電源線，傳輸信號(hào)下限則是4 mA，不會(huì)和機(jī)械零點(diǎn)重合在一起，同時(shí)還能最大程度將晶體管電路的線性段利用起來(lái)，對(duì)各種故障也能進(jìn)行有效的識(shí)別。而其傳輸信號(hào)上限則是20 mA，相較于0～10mA輸出方式要大整整一倍，這樣就能最大程度提高信號(hào)輸送效力以及其分辨能力。筆者所設(shè)計(jì)的電路是可以實(shí)現(xiàn)0～2.5 V電壓、0～125 mA、0～1 kHz轉(zhuǎn)化成4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)變送輸出。

2 轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)

V/I轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，其電路是能夠?qū)崿F(xiàn)將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)輸出的，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果A點(diǎn)大于OV的話，運(yùn)放OP1輸出也就會(huì)隨之上升；如果Re兩端電壓出現(xiàn)增高現(xiàn)象，這個(gè)時(shí)候一旦有電流通過(guò)Re，其也會(huì)隨之變大，最后整體耗電情況也就會(huì)隨之上升。在這一電路系統(tǒng)，如果其想要正常的工作，其需要具備以下兩個(gè)條件，其一，其自身耗電量一定要很小，這樣才能將剩下的電流供給變送器、調(diào)理電路；其二，在電路工運(yùn)放器件能夠在單電源情況下進(jìn)行工作，并且在這一工作過(guò)程中，其輸入端從-0.3～1.5 V范圍內(nèi)毒能夠正常工作，R5和U1則需要構(gòu)成基準(zhǔn)源并且還需要產(chǎn)生2.5 V穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓。

2.1 電壓/電流轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

在對(duì)電壓/電流轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，主要是利用萊姆電子下所產(chǎn)生的DVL系列傳感器，將其所采集的0～2.5 V三相交流電直流電壓信號(hào)利用起來(lái)，以此來(lái)確保輸入轉(zhuǎn)換電路真正能夠?qū)崿F(xiàn)4～20 mA的交流電輸出。電壓/電流的轉(zhuǎn)換具體指的是將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為隨輸入電壓變化的電流信號(hào)，并且還需要確保其能夠在一定的負(fù)載變化范圍內(nèi)保持較為穩(wěn)定的輸出電流，不能按照負(fù)載變化而產(chǎn)生變化。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，其電路主要構(gòu)成部分包括了一個(gè)BSS79B三極管、5個(gè)LT1078IN8運(yùn)算放大器、其它輔助元件，在這一電路中，其所存在的運(yùn)放電路在本質(zhì)上就是一個(gè)檢波電路，在輸出端可以介入一個(gè)二極管，這樣就能有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的檢波效果，在這種情況下，如果輸入信號(hào)屬于正弦信號(hào)，它的輸出信號(hào)就好比是加了絕對(duì)值的正弦信號(hào)，不會(huì)存在負(fù)半軸信號(hào)。另外，在這一電路中所存在的第二個(gè)運(yùn)算電路則是跟隨器，這一電路的作用就是隔離和緩沖，在運(yùn)行過(guò)程中，電壓放大器如果輸出阻抗比較高的話，而后級(jí)輸入阻抗比較小的話，這個(gè)時(shí)候信號(hào)會(huì)相當(dāng)部分損耗在前級(jí)的輸出電阻，電壓跟隨器就會(huì)開始緩沖，以此來(lái)對(duì)整個(gè)電路性能進(jìn)行優(yōu)化。在這一電路中，如果轉(zhuǎn)換電路輸入的電壓是0，其輸出電流就是4.073 mA；如果輸入電壓是2.5 V的話，其輸出電流就是19.575 mA，所以說(shuō)，這一電壓/電流轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)可以有效地滿足輸入信號(hào)是0～2.5 V電壓信號(hào)，輸出信號(hào)就是4～20 mA這一標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 電流/電流轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

在對(duì)電流/電流轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，其主要是利用萊姆電子DHR系列傳感器下所收集到的0～125 mA的三相交流電電流信號(hào)，輸入轉(zhuǎn)換電路則變成了4～20 mA的交流電輸出。要想真正實(shí)現(xiàn)電流/電流轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)，本研究中主要是將電壓源并聯(lián)到電阻接入電路中，然后將其接入整個(gè)電路中，這樣就能有效地模擬出電流源的電流輸入，之后就可以通過(guò)對(duì)實(shí)際電路、電路仿真分別進(jìn)行調(diào)試工作，這樣就能有效地實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)是0～2.5 V電壓信號(hào)，輸出信號(hào)就是4～20 mA這一標(biāo)準(zhǔn)的交流電信號(hào)。

2.3 頻率/電流轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)

在對(duì)進(jìn)行頻率/電流轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要想有效地實(shí)現(xiàn)檢測(cè)三相交流電的頻率是否正常這一目的，主要是利用單片機(jī)接口電路、光藕傳感器，然后將三相交流電的頻率信號(hào)所轉(zhuǎn)換成的計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)，輸入轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成4-20mA的交流電。在這一過(guò)程中，輸入電壓主要是對(duì)單片機(jī)接口電路將輸入的頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，這樣就能成為電壓信號(hào)之后就能作為電路輸入信號(hào)，這樣就能有效地實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)為0～1 kHz的頻率信號(hào)轉(zhuǎn)化為0～2.5 V的電壓輸入到所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換電路中，最后就能實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)是0～2.5 V電壓信號(hào)，輸出信號(hào)就是4～20 mA這一標(biāo)準(zhǔn)的交流電信號(hào)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在信息技術(shù)不斷發(fā)展過(guò)程中，電力系統(tǒng)也得到了較大的發(fā)展，在這種情況下，電網(wǎng)容量也在不斷上升，并且電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜，所以電力部門對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)行也提出了更高的要求，希望它在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中能夠更加的穩(wěn)定，以此來(lái)提供較高品質(zhì)的電能源。在這種情況下，電力系統(tǒng)就一定要實(shí)現(xiàn)采集電參量的實(shí)時(shí)性，這樣才能對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行有效地遠(yuǎn)程監(jiān)控以及調(diào)度，而其中所存在的電流、電壓以及頻率等電力參數(shù)等數(shù)據(jù)信息采集是其中較為重要的組成，只有做好了相應(yīng)的工作，才能有效地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。為此，本文也設(shè)計(jì)了一個(gè)較為實(shí)用的電流、電壓、頻率轉(zhuǎn)換器，希望能夠真正實(shí)現(xiàn)三相交流電的電壓、電流和三相頻率等電參數(shù)的4～20 mA的標(biāo)準(zhǔn)變送輸出，最終促進(jìn)電力運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

參考文獻(xiàn)

[1] 王元祖，朱懷謙.三相交流電電流、電壓、頻率轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015，53（27）：27-29.

[2] 楊澎，丁繼存，張磊.一種隔離式頻率電流轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)[J].工礦自動(dòng)化，2013，39（1）：113-115.

[3] 王菁，梁斌，胡清琮，等.高效率、低功耗直流電壓轉(zhuǎn)換器芯片的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].江南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，7（3）：281-286.