关于交流电量的测量的问题

wmm1234

关于交流电量的测量的问题 [复制链接]

各位好，我现在刚接触电力测量方面的东西，很多都要一点点学习，还需要各位大侠多指点，呵呵～
    现在我做的是使用微型互感器测量电压和电流，互感器二次侧的电流是交流量，通过取样电阻来将电流转换为电压送至ADC。但是我使用的单片机内置ADC是单端输入的且输入电压必须大于地电位，这使得我需要将取样电阻一端的电位钳位至地电位以上（约为ADC量程的1/2电压），以使得取样电阻另一端的电压在0至ADC最大输入电压范围之内。
    我直接使用一个电压基准芯片连接互感器及取样电阻的一侧的方法可行吗（互感器及取样电阻的另一侧接ADC端）？对电压基准芯片的输入输出电流大小有什么要求吗？ 可能我还没有说清楚，现在也不会上图（只好放在附件里了），谢谢各位大侠了！～

aiwenzx

这样我觉得是不行的

1是输出信号不够大的话，你最好先放大，仅仅这么靠取样电阻钳制电位是不行的
2，如果你测的精度要求高的话，还要考虑噪声等其他干扰，
3，嗯嗯，先这些

仙猫

首先看测量系统和被测信号的范围是否合适。
将参考点放在ADC输入范围的中点确实是测交流信号的手法之一，也可以嵌位掉负的只测信号的正半周。

wmm1234

谢谢大家的回答～

wmm1234

之前的电路可能有错误，是我将两个电路拼起来的，总觉得很奇怪～
    后来又查了点资料，感觉还是直接在微型互感器(电流型，输出电流约2mA)二次侧直接接取样电阻（阻值约500K），另外可选接一个电容作相位补偿。这样，电阻一端接电压基准芯片输出端，另一端通过限流电阻直接接ADC的输入端，这样可以吧？误差会很大吗？(见附图AD2)

    也可以将取样电阻下端接地，然后在取样电阻和限流电阻之间再增加一个增益为1的运放（如INA132），运放的一端再连接电压基准，从而达到对电压钳位的作用。如附图AD3中，左侧同样接互感器二次侧。

    由于信号的电压正好在ADC输入范围内且不需要进行放大，那么，是否应该采用前一种方案以节约器件呢？这样对单片机有什么危险性吗（ADC为单片机内置）？ 谢啦！～大家也可以互相参考一下～

wmm1234

上面的电路中使用的电压基准是单芯片的（如MAX1620等），以上的电路对电压基准芯片的输入输出电流大小的要求高吗？

仙猫

俺搅得前一种方案是可行的，插入一个仪表运放仅为了做电平转移实在没必要，反倒是要考虑运放输出电压的swing问题，如果运放不是rail-to-rail型的话。
如不放心怕损坏单片鸡，可用二极管分别对VCC和地嵌位，也可能处理器芯片已有寄生二极管嵌位。

xu__changhua

你已经看过了我那篇文章，如果有错误在程序上，方案是很经典的，应该讲的很清楚了，不需要进行电平移位，只需要精密整流为直流（正）电压，没有负电压了要移什么电位呢？不正好满足你单片机要求吗？（0-1/2Vref，或0-Vref）

精密整流需要正负供电，是不是系统中没有负电位而舍之呢？那你用ICL7660啊？

好像你准备用INA也要负电压供电的吧？

xujh

送去采样之前，最好用运放构成的跟随器隔离一下。
可以采用楼上所说到整流方法。
也可以通过加法电路，在信号上叠加一个基准电压。

soso

xiaoxif

这个帖子看了几遍，没敢冒失地发表意见。原因就是，电力系统中，我们通常所说的电压和电流的测量都是指有效值的测量，例如配电盘上的电压表、电流表。在这些测量中往往都是采用某种量之间的转换获得你需要的被测量。例如有些指针式交流电压虽然是对信号平均值的响应，但由于正弦波有效值与平均值之间的固定的换算关系(1.11)，在表盘上完全可以按有效值刻度。
而电子式电压和电流表通常都是通过对（直接或通过互感器得到的）交流电量进行检波（通常是峰值检波）得到的直流值测量，间接地测量交流量。
以上测量都对被测量的波形有特定的要求。
你的电路里没有使用检波或者说整流环节，按照电路接法，（包括加有参考电压的设计），你所实现的是否是瞬时值的监测结构，或者打算通过对输入的“密集”采样值间接得到你需要的量？

希望给出关于你的设计要求方面的说明，以便继续讨论。

[ 本帖最后由 xiaoxif 于 2009-3-30 22:34 编辑 ]

aiwenzx

嗯 xiaolif果然精准深刻 希望lz能继续来讨论这个话题

wmm1234

你好，感谢关注！～
    我设计的系统中确实没有使用负电位的。我也确实看过您的那篇文章，说的方案很详尽！不过对于只需要测量单相交流量的电压、电流、频率来说是比较可行的（需2个精密整流＋2个滤波＋2个比较器电路＋2个外部中断），而我现在需要同时测量三相交流量的电压、电流、频率，再通过计算获得其它电力参量，如果都都采用精密整流＋滤波，会使整个采样电路非常庞大，而我需要尽量减小成本及PCB的面积，呵呵……所以，我希望通过钳位电压来使得单片机通过ADC的采样来获得接近实际的电压、电流波形，再通过对采样值的计算来获得频率、相位等一系列参量。还有，我选的INA2123或INA152的数据手册里说明都是支持单电源供电的……
    再次感谢！～^_^

wmm1234

你好，我附的图片 AD3 就是一个由INA2132/2构成的精密的加法运算电路，这同时也算是对输入有点隔离作用吧，我主要是想知道这个运算电路的存在对于单片机安全的必要性。
    谢谢关注！～

wmm1234

你好，谢谢你的提问～
    我现在在设计的是一个电子式的综合电力仪表，计划通过电流互感器和电压互感器对三相交流电量进行采样和测量，通过单片机的相关计算来获得频率、功率、相位等等各种电力参量的瞬时值平均值、峰值。由于工频频率不高，我确实是计划通过ADC对输入的采样来获得所需的信息，对各个参量进行实时的监测。同时，我希望电路的采样部分尽量简单且有一定的精度。  这样的补充可以吗？
    谢谢关注！

wmm1234

谢谢大家对这个问题的探讨！
    上次提问后过了几天，由于其它的事情比较多，没多少精力继续搞这个，所以很长时间没有来这里了，这次看到这么多回复，非常感谢各位前辈，希望大家继续讨论一下！
    我现在学的是近机械的专业，电类的基础还不够好，刚接触电力测量等内容，还希望大家多指教！

xinw

由于工频频率不高，我确实是计划通过ADC对输入的采样来获得所需的信息，对各个参量进行实时的监测。 对于这个你打算是取多个点的值再来推算有效值吗，这样你打算取多少个点，运算量应该很大，不知用的单片机的速度是否满足的了？还是用其他的办法？

wmm1234

嗯，我是这样打算的，通过采样点的值进行计算……使用的是C8051F120单片机，最高可到100MIPS，实际使用时可能比这个低一些，每个周期采样约10个点，不过现在也还没有具体实验，不知道最后的系统能到怎样的精度……

aiwenzx

嗯 欢迎大家继续讨论哈

xiaoxif

原帖由 wmm1234 于 2009-4-22 08:31 发表
你好，谢谢你的提问～
    我现在在设计的是一个电子式的综合电力仪表，计划通过电流互感器和电压互感器对三相交流电量进行采样和测量，通过单片机的相关计算来获得频率、功率、相位等等各种电力参量的瞬时值平均值 ...

对不起，答复迟了。

采用较高采样频率获取瞬时值信息，进行三相电力系统综合参数，特别是相位参数的测控是个合理方案。有几个问题：

第一，这里的关键是“捕捉”到上下两个峰值，以它们的差，通过计算间接获得峰值（同时可以消除采样部分的偏置或嵌位等带来的直流偏移引入的误差，也因此，楼主和楼上各位提出的具体的电路是可行的）；
第二，利用与六个采样（三相电压、电流）峰值对应的捕捉点时间信息，通过计算得到其间的相位关系，其中也会包括同相的电压、电流的相位关系，并籍此获得功率因数等更有价值的数据。

这里面有这样一个问题，就是采样频率和电源频率是不相关的，这会造成峰值采样的离散，要消除由此形成的测试误差，恐怕要加重软件的开销和时间的消耗。就是说，采样频率的考虑中不仅仅要和工频比较，而是要考虑到测试精度要求。

如果从系统角度看，可以采用另外的设计，例如，通过过零比较电路提供相位信息；而电压值仍采用传统的检波+ADC结构，可以得到稳定的测试结果和较高的测试精度，如果利用一定的电路及其技巧来简化设计也会实现简化结构、降低成本的结果。对某些特殊要求（楼主没有明确指出）可以进行更多的讨论。

回复晚了，再请原谅！

[ 本帖最后由 xiaoxif 于 2009-5-18 22:59 编辑 ]