微机电量变送器硬件电路设计

日期：2025-05-02 12:48

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摘要：

微机电量变送器硬件电路设计 (以MCS-51单片机为核心)

微机变送器的输入信号取自电压互感器和电流互感器的输出回路，分别是有效值为0～100V，0～5A的交流信号。这些信号不能直接输入到A／D转换器，而需要变换成A／D转换器输人所允许的信号形式以及变化范围。一般A／D转换器输入-5～+5V或-10～+10V的电压信号。中间电压互感器TV将0～100V交流电压按比例变换成峰值为0～5V的交流电压信号，中间电流互感器TA将0～5A的电流信号变换成较小的电流后使之在电阻上形成峰值为0～5V的交流电压信号。

在实验室利用高精度示波器和真空毫伏表对PT、CT进行了反复特性试验，测试的电压互感器和电流互感器特性如表2-1，表2-2所示。

表2-1 电压互感器原副边电压转换特性
(注：以上数据采用真空毫伏表测试)

表2—2 电流互感器原边电流副边电压(二次并1 Q电阻)转换特性

信号采样电路的硬件实现

该装置的信号采集电路结构如图2-11所示（略）。信号采集电路由模拟信号通道和方波信号通道组成。

(1)模拟信号通道

三个TV(电压互感器)的原边分别接至三相电源电压，由于TV原边可能产生的峰值电压(按高出额定值10％考虑)为：

按PT转换特性副边将产生的电压为

由于模拟地为+2.5V，所以要想获得单片机A/D转换器能接受的0～+5V电平信号必须经运放衰减，衰减的倍数KV为：

由图2-11可见，衰减倍数完全可以通过调节电位器R3来实现。

与三电压通道不同的是，三个二次TA(小电流互感器)原边分别接至三相一次TA，副边通过精密1电阻获得与二次电流成正比的电压信号。因此二次TA副边经电阻取样后可能获得的峰值电压(按高出额定值的20％考虑)为：

可见此电压信号必须经运算放大器放大到2.5V，放大倍数KI为

在电路中通过调节电位器R8来实现。

为可靠保证送入单片机的电平信号不高于5V。运放的输出端均接有5.1V稳压二级管。经处理后的三相电压、三相电流信号分别送入0809 A/D转换器的模拟输入口IN0～IN5。

(2)电压、电流方波信号通道

处理后的三相电压电流信号经各自的比较器LM311便产生与模拟信号周期相同的方波信号，并通过与门及4051模拟开关送至8031单片机的外部中断口INT0。当点压方波正跳变时，开始计时，读上跳变时时间值t1 ，多路开关切换到电流方波通道，当电流方波正跳变时，读出时间值t2，二者差值△t即为反映相角差的时间值(360/20ms= /△t）。

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